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解决方案：高速铁路电力贯通线路故障区间快速定位研究

单位：成都供电段高铁技术科作者：钟敏

　　0引言

　　高速铁路电力贯通线路作为铁路的信号、通信、站房等电力负荷的电源，采用沿铁路沿线电缆沟敷设的全电缆线路。当高速铁路电力贯通线路发生故障时，为了保证高速铁路不间断供电的运输要求，需要铁路部门迅速准确地发现故障点并及时排除故障，恢复供电。所以，研究当高速电力电缆线路发生故障后，如何快速的确定故障区段，有着十分重要的现实意义。

　　目前对于电缆线路的测距方法，主要有阻抗值测距法、行波测距法和信号注入测距法。阻抗值测距法需要掌握电缆单位阻抗、供电臂基础数据等众多资料，虽然原理简单，但是适用范围小，仅对低阻短路故障适用。行波测距法通过电流、电压在信号点与发生故障位置的信号传播时间来计算出故障点的位置，主要在电力系统输电网络当中使用。高速铁路电力贯通线路上所挂的负荷数量很大，单、双端行波测距法在铁路系统当中都不能发挥出较好的效果。信号注入法测距，在铁路系统当中有着一部分的应用，但是投资很大且准确度受过渡电阻等因素的影响。因此，铁路系统采用的贯通线路故障点定位主要还是应用区段定位的方法，需要电力调度通过反复投切故障贯通线路沿线各箱变来确定故障的大概区间范围。该方法判断出的故障范围较广，且明确故障点时间较长。

　　本文根据现有的高速铁路电力贯通线路特点，利用沿线各箱变采集的终端数据，提出了一种根据故障区间上各个终端的零序电流值报告或故障电流报告，来确定故障发生具体区段的方法。测距方法只需要短路跳闸时各箱变终端上传调度端的电流值进行分析判断即可简单的标定故障位置，且不要求终端系统的时间同步性。这对于加强高速铁路运行维护管理，有着一定的应用价值。

　　1单相接地故障特征分析

　　目前高速铁路电力贯通线路，主要采用的是中性点小电阻接地系统。小电阻接地系统在系统发生单相接地故障时，会产生一个很大的瞬时接地电流。以成都供电段管辖的成贵客运专线电力贯通线路"成新综合贯通"为例，电力供电示意图如图1所示。"成新综合贯通"线路全长48.823km，沿线共有16座电力箱式变电站，每一座箱变都装有RTU等远动终端，能够迅速将采集到的三相电流、电压等数据上传到成都铁路局调度中心。

图1成新综合贯通供电示意图

　　如图1所示，假设由成都东10kV配电所供出的"成新综合贯通"线路上发生单相接地故障，则"成新综合贯通"线路上的零序电流如图2所示。

图2零序电流示意图

　　以靠近成都东配电所的6个箱式变电站为例，分析在综合贯通馈线上，发生单相接地短路时的零序电流分布情况。假设在3-4号箱变区间，发生了接地短路故障，以成都东配电所到新津南配电所方向为电流参考方向（即母线电流方向），则系统中的零序电流分布如图所示。由于对于纯电缆的电力贯通线路而言，线路的对地电容阻抗远远大于电路的阻抗，所以可以忽略线路的阻抗，从而在发生短路故障时的电流关系满足：

　　I3=Ic1+Ic2

　　I4=Ic4+Ic5+Ic6……

　　又分析可知，在故障点的前端电流方向为由故障点向电源侧，而故障点之后的电流方向为由故障点向相邻配电所。所以，故障线路的零序电流相位与正常线路的零序电流相位是相反的。且由于发生接地短路故障时，附加电源分量Uof很低，造成流过故障点以后的电流远远小于在故障点之前箱变上的电流。通过发生故障后上传调度端的故障数据分析，能够迅速而准确地对故障点进行定位。

　　2高速铁路电力贯通线路区间定位方法

　　2.1故障判别的启动

　　当高速铁路电力贯通线路发生单相接地短路故障时，可以认为相电压保持不变，而在故障相，故障相的相电流会突然增大，并且配电所馈线断路器跳闸，馈线断路器跳闸后，三相电压为0。因此可以设为相电流突变启动故障区间判别或者失压启动故障区间判别。

　　相电流突变条件为：

　　其中：T_s可以选为工频周期，即20ms。i_set可根据配电所峰值负荷经行设置。

　　失压启动条件为：

　　其中Uset可以取25V。

　　2.2故障区间的判别算法

　　2.2.1电流突变启动故障区间判别时，定义E为各箱变之间的故障参数，则：

　　由于在故障区间，零序电流方向是相反的，所以E<0。而对于正常的区段，箱变两端零序电流方向相同，则E>0。由此，可以判断故障区间的大小。

　　2.2.2失压启动判别故障区间时，由上传的电流报告可知，在故障区间之前的故障相电流：

（忽略线路阻抗），而对于故障线路之后区段

。由于线路压降，可知

。据此可以判断短路点出现的区段。

　　3研究分析

　　对于电流突变量启动故障区间判别，需要对现有箱变终端进行改造，使其能够在启动故障区间判别时计算故障参数E，然后向主站直接发送故障参数E，成本略高，但是结果更可靠。

　　失压启动判别故障区间，只需要对主站系统进行改造，比较所有子站所上传的电流测量报告，经济有效，且可以在完全不影响线路设备的情况下进行。

　　本次成都供电段在成都铁路局供电处的指导下，与交大光芒公司联合研发失压启动判别高速铁路电力贯通线路故障区间系统，并在西成客运专线德阳-青白江东电力供电臂上分别进行了单相接地和相间短路试验，取得了较好的效果。

　　4试验结论

　　4.1试验方法

　　选择德青一级贯通供电臂，按照上行主供所德阳10kV配电所向下行备供所青白江东10kV配电所正常供电运行，利用"天窗点"分别在供电臂2/3处进行单相接地及末端相间短路试验。

图3短路试验点

　　第一次试验：在德广02号箱变与广汉北远动间之间的分支箱引出线上，做A相对地短路。

　　第二次试验：在青白江东10kV配电所馈线隔离开关下端头，做B-C相间短路试验。

　　4.2试验结果

　　每次试验结束后，会在调度端后台系统成功推图，如图4、5。

图4单相接地试验结果

图5相间短路试验结果

　　从图中可以看出，在故障区段的红灯全部亮起，而不处于故障区段的全部为绿灯。该图示化结果能较为直观的帮助供电调度员迅速、准确地判断出电力故障点所处区间。

　　4.3结论

　　通过试验证明，失压启动判别故障区间方法是基于现有系统对高速铁路电力线路短路进行区段判别的方法。该方法只需要在现有设备上进行软件改造，即可简单的标定故障位置，且不要求终端系统的时间同步性，为高速铁路电力供电提供了一种简单、经济、可靠地方法解决电力电缆的故障区间判别问题。

　　参考文献

　　[1]邱万英.一种电力贯通线单相接地故障测距的新方法［J］.华东交通大学学报，2010.24(4)：48-51.

　　[2]马士聪，徐丙垠，高厚磊.检测暂态零模电流相关性的小电流接地故障定位方法[J］.电力系统自动化，2008.32(7)：48-52.

　　[3]MuhlhausJ，WardDM，LodegeI.Thedetectionofshortedturnsingeneratorrotorwindingsbymeasuremetofcirculatingstatorcurrents[C]//Proceedingsof2ndInternationalConferenceofElectricalMachines-designandApplications，London，1985：100-103.