接触网故障测距原理与精度调整

6.5接触网故障测距原理与精度调整
西南交通大学电气工程学院
内容提要
6.5.1接触网故障测距原理
直接和BT供电方式测距原理 AT供电方式测距原理
6.5.2接触网故障测距精度调整
D1
d
D2
（a）
(a)单线形式
6.5.1接触网故障测距原理 直接和BT供电方式测距原理
d
D1
d
D1
d
D4
D4
D2
D2
（b）
Ⅱ1 AT2
XQ
QT XF
XT XTF
QTF
0
Ⅱ2 AT3 T1 R1 F1
l XfT
当AT牵引网单线运行，发生T-R、T-F、FR故障时，线路Q特性和电抗距离曲线图65-6所示。在第ⅠAT段，T-R、F-R故障可 由Q特性测距，T-F可由XTF曲线测距，；
在第Ⅱ1AT段，T-R、T-F、F-R故障可分别 由XT、XTF、XF曲线测距；在第Ⅱ2AT段， T-R、F-R故障可分别由反向电抗XfT、XfF
6.5.1接触网故障测距原理 AT供电方式测距原理--吸馈电流比法、电抗法综合测距
• 吸馈电流比即为AT中性点吸上电流复数与馈线电流复数之比，符号为Q。 由于的虚部远小于实部，在实际应用中，一般取吸馈电流比实部进行测距 运算。
•反向电抗即为测量点T-R间电压与AT中性点吸上电流的复数比。
Ⅰ DL AT1 Eq
(b) 天窗状态
（c）
(c)复线方式
（d）
(d)上下行全并联直接供电方式， 上下行间由隔离开关并联连接。
图6-5-1直接供电牵引网示意图
直
单线直接供电方式
接 复线直接供电方式
供
电
复线全并联直接供电方式
6.5.1接触网故障测距原理 单线直接供方式测距原理
D1
d
D2
（a）
图6.5.1(a)单线形式
X Xn
变电所 变电所
6.5.1接触网故障测距原理 复线全并联直接供电方式测距原理
X Xn
X6 X5
（a）
X4
X3
d
Zb
Zb
（b）
X2 X1
0
l1
l2
l3
（c）
图6-5-3 BT供电方式及其电抗距离曲线
ln L
在牵引网中架设吸流变压器（BT）－回流线，可使牵引电流沿回流线流回牵引变电 所而不经由轨道和大地，其原理如图6-5-3示。其作用在于减弱牵引网电流对外产 生的影响，从而使牵引电流在邻近的通信线中的影响大大减弱。由于BT串入线路， 相当于在等效电路中增加了BT的短路阻抗。其短路电抗与距离关系如图6-5-3（c） 所示，图中可以看出，BT安装位置出现短路电抗的跳变。可以看出，当发生故障时， 每一个短路电抗具有唯一的对应距离，所以仍然可以采用电抗距离分段查表测距， 只不过在BT处必须增加对应的电抗距离点。测距公式（6-5-1）在此依然有效。
D1
d
D1
D4
D4
D2
（c）
图6－5－1(c)复线方式
D1
I1 d
I2
U0 l
D2
L
图6-5-2复线直接供电牵引网
d
直接供电方式下的复线方式一般在分区亭并 联，如图（c）所示。当短路发生时，上下行 互阻抗的影响不能忽略，如图所示。
（d）
当上下行线路参数均匀时（一般情况 可以认为成立），有测距原理故障发 生在和之间时，根据电抗距离关系有：
③通过短路试验（三次短路试验，区间起点金属性和非 金属性短路试验以及该区间末端金属性短路试验）来修 正PT和CT的角差、区间的单位阻抗。重新修改故障测距 定值表。
④通过实际短路故障情况来修正故障测距定值表。
6.5.2接触网故障测距精度调整
⒈测距装置刻度校正
⒉测距装置关于一次侧电压互感器、电流互感器的精度 调整 ⒊单位电抗计算与X－L特性修正
路的电抗和距离关系进行故障定位，如图所
示。
X3 X2
X1
0
l1
l2
l3
ln L
图6-5-2 直接供电方式下短路电抗距离曲线
当故障发生在和之间时，根据 电抗距离关系有：
l
ln1

Xn ln
X n1 ln1
(X

X n1 )
6.5.1接触网故障测距原理 复线直接供电方式测距原理
d
b）
曲线测距。
QF XfF
图6-5-6 单线AT牵引网故障Q特性和电抗特性
6.5.1接触网故障测距原理－小结
根据我国电气化铁路运行的故障测距装置来看，运行基本良好，测距装置在电 气化铁路的安全运行方面发挥了应有的作用。我国大部分直接供电和BT供电方式下 的测距都采用电抗距离曲线查表测距和上下行电抗比方法测距。在既有的AT供电线 路中，主要设备仍采用AT吸上电流比的测距系统，但由于该种设备年代久远，测距 精度相对较低（误差可以达到2km）。部分线路变电所采用吸馈电流比和电抗综合 测距方式。由于我国既有AT供电线路正在或计划进行大规模改造，随着配备有良好 远动设备的综合自动化系统应用于这些线路，各种测距方式都可以在先进设备条件 下发挥各自的优越性、互补性。
6.5.1接触网故障测距原理 AT供电方式测距原理--复线上下行电流比
当AT供电牵引网末端如图6-5-4所示并联运 行时，当发生T-R、T-R、T-F故障时，测距公 式为：
l I2 2L I1 I2
在式中的I1、 I2并不是牵引馈线的电流，而是当量等值电流，它们 与牵引网馈线上下行电流成相同的线性关系，其中I1 ＝ It1 － If1 、 I2 ＝ It2 － If2 ， It1 、 If1 、 It2 、 If2为上下行的T线、F线电流。
全并联直接供电方式在我国哈大线的成功运行，不同于常规直供线路的测距原 理或方法也第一次应用在该线路上，为电气化铁路故障测距原理增添了一些新型应 用方式。在未来的京沪高速铁路中，牵引供电系统采用复线全并联AT供电方式，一 些相关的测距原理已经见诸文献，同时也要经过现场实际运行以检测测距效果。
在我国部分电气化铁路，限于条件不能采用复线牵引网方式供电，设计部门采 用线路始端和中部增加串联补偿装置以提升网压，改善供电质量，提升运能。由于 电容具有负电抗的性质，串补装置的加入破坏了线路阻抗的单调性。这样的直接供 电方式测距遇到了一定的难题，但可以根据电路的RLC特性，分析故障数据，进行 测距运算。
6.5.2接触网故障测距精度调整
精确故障测距步骤 ： ①设计院提供详细的原始资料。该资料包括：馈出线的单位阻 抗，馈出线的长度，按照变电所供电臂实际走向来详细划分区 间的单位自阻抗，互阻抗，区间长度，然后是站场的单位自阻 抗，互阻抗，站场长度，一直到分区所为止。
②通过上述原始资料进行定值表整定，段数按照实际情 况来划分。
d 由于直接D供1 电牵引d网可以等效D1为R-L电力线路d ， 供电臂存在着区间和站场，因而在各分段，
牵引D4 网阻抗具有不同的D4单位阻抗特性，但是
D2
D2
在局部分段，如在区间上的一段，牵引网状
（b） 况具有一致性，（c在） 该段可以采用均匀（单d）位阻 抗计算。牵引网短路时，可能存在一定的过
渡电阻，根据电力系统知识，可以只考虑线
6.5.1接触网故障测距原理 AT供电方式测距原理－AT中性点吸上电流比
H 1
Q2
H
Q1
Q1
0 ln
l
ln+1 L
D
图6-5-5 AT中性点吸上电流比与故障距离曲线
若变电所至间的距离为，故可以得出牵引变 电所至故障点之间的距离为：
l

ln

1

H (Q1
Q1 Q2
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)
D
km
在式中Q1、Q2取值复线平均为0.05-0.1，为故障AT段的长度
在我国哈大线首次采用牵引网单边全并联供 电，即同一方向上下行由一台断路器供电且 接触悬挂（含加强线） 在每个车站都实施一 次横向电联接，从而实现接触网的低阻抗， 减少电压损失和增强供电能力，改善供电质 量，如图d所示。列车在上、下行间运行时无 电位差，不会拉电弧，避免烧损受电弓和分 段绝缘器。哈大线的故障测距有一定的特点， 通过接触网检测系统来进行故障测距，当发 生故障时，保护动作后通过远动设备将各个 并联点的开关断开，从而形成单线状况，然 后将上行馈线合闸到接触网检测系统，通过 检测系统判断故障是否发生在上行线，如果 上行线没有检测到故障状态，再将检测系统 合闸到下行线进行检测，从而找到故障点。 这样进行故障定位需要状态良好的远动系统， 所需要的时间也会比较长，造成线路长时间 处于断电状态。
6.5.1接触网故障测距原理 AT供电方式测距原理
SS Eq
AT
SSP
AT
SP
T1
R1
F1
T2 R2 F2
图6-5-4 AT供电牵引网示意图
AT供电方式如图6-5-4所示，这种供电方式克服高速、大功率机车在BT供电方式线 路会在受电弓产生强烈电弧的缺点，同时大大降低了牵引网的电压损失，从而减少 了牵引变电所的数目，在我国未来的高速铁路中，AT供电方式将得到很好的发展。 在既有的实际AT供电线路中，一般采用末端分区亭（SP）并联运行的方式，也有 单线运行的方式，检修的时候，可以在开闭所（SSP）进行并联，另外还存在天窗 运行方式。由于在T线和F线之间并联有一系列AT，使牵引网阻抗距离关系非线性， 在直接供电线路中采用的电抗测距原理不能应用于该种供电方式。
D4
l Z1 2L
Z1 Z2
Z1、Z2分别为上行、下行测量阻抗
6.5.1接触网故障测距原理 复线全并联直接供电方式测距原理
d
D1
d
D4
（c）
（d）
6－5－1(d) 上下行全并联直接供电方式， 上下行间由隔离开关并联连接。
由于故障大多是瞬时 性故障，单侧重合闸 的时候，故障已经消 失，因而不能有效找 到短路点，形成故障 隐患。