提高高鐵牽引供電系統(tǒng)故障精確定位研究

王猛

摘要：隨著我國(guó)高速鐵路的大量建成和投產(chǎn)，便捷快速的高鐵越來(lái)越成為人們出行的首選。作為給高速鐵路提供電源的牽引供電系統(tǒng)，不但提供了動(dòng)力組開(kāi)行的動(dòng)力，同時(shí)給空調(diào)、照明、通風(fēng)系統(tǒng)提供電源。因此，一旦牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障，不僅影響運(yùn)輸秩序，若在惡劣的運(yùn)行環(huán)境中（如高溫、長(zhǎng)大隧道等）還將引起旅客的不適，甚至引起社會(huì)不良反應(yīng)。近年來(lái)，牽引供電系統(tǒng)的管理部門(mén)為提高牽引供電系統(tǒng)的可靠性做了大量工作，在設(shè)備材料質(zhì)量、施工質(zhì)量控制、運(yùn)營(yíng)維修水平都有了顯著提升，牽引供電故障率正逐年降低。但隨著人們對(duì)出行要求的日漸提高，旅客對(duì)故障的容忍度日益降低。

關(guān)鍵詞：高鐵；牽引供電系統(tǒng)；故障；精確定位

牽引供電的方式和電流制根據(jù)不同的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)形式有所不同，高速鐵路相對(duì)于傳統(tǒng)的鐵路來(lái)說(shuō)對(duì)牽引供電的要求更高更嚴(yán)，高速鐵路牽引供電故障的產(chǎn)生所造成的影響也更大。如何及時(shí)有效地解決高速鐵路牽引供電故障，一直是我國(guó)鐵路部門(mén)和行業(yè)人員的研究課題。

1牽引供電系統(tǒng)概述

牽引供電系統(tǒng)是指為機(jī)車(chē)提供電能消耗的工作系統(tǒng)，包括牽引變電和牽引網(wǎng)兩個(gè)組成部分，其中牽引網(wǎng)包括饋電線以及接觸網(wǎng)等。牽引電力系統(tǒng)還能夠把某個(gè)地區(qū)產(chǎn)生的電能，通過(guò)系統(tǒng)傳輸，向地區(qū)附近的鐵路運(yùn)輸提供電能支持。接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)能夠保證牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。牽引系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，分為直流電和交流電兩種。直流電在進(jìn)行電能輸送的工作當(dāng)中，標(biāo)稱(chēng)電壓不能滿足牽引電壓的需要，導(dǎo)致供電效率較低。隨著技術(shù)的發(fā)展，交流電壓具有較高的供電電壓，能夠滿足牽引供電系統(tǒng)的電流需要，因此交流電壓逐漸發(fā)展并推廣使用。由于列車(chē)行駛速度較快，電流供電的時(shí)間較短，電力電流起伏變化較大，因此列車(chē)需要的牽引電壓較高。在滿足列車(chē)需要的牽引電壓同時(shí)，還需要保證列車(chē)行駛過(guò)程中的安全性。牽引供電系統(tǒng)需要的線路比較廣泛，需要的設(shè)備較多，因此保證牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，能夠保證機(jī)車(chē)的暢通。

2存在的問(wèn)題和不足

由于牽引供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)工況復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不僅受自身設(shè)備質(zhì)量的影響，同時(shí)往往受制于外部環(huán)境的影響，特別是進(jìn)入夏季，南方強(qiáng)對(duì)流天氣增多，臺(tái)風(fēng)影響頻繁，接觸網(wǎng)設(shè)備極易發(fā)生故障。從近年來(lái)發(fā)生的接觸網(wǎng)設(shè)備典型故障來(lái)看，一旦發(fā)生較大的故障，一般處理時(shí)間都在兩小時(shí)左右，可見(jiàn)接觸網(wǎng)故障對(duì)整個(gè)運(yùn)輸生產(chǎn)的影響極大。

經(jīng)對(duì)部分典型故障統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，故障處理時(shí)間中其中故障查找、精確定位占了將近50%左右的時(shí)間。因此，在提高接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的同時(shí)，如何進(jìn)行故障精確定位十分關(guān)鍵。

本文就如何提高接觸網(wǎng)精確定位，縮短故障查找時(shí)間進(jìn)行研究，提高接觸網(wǎng)故障處理速率，減少對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)的影響。

3提高故障快速定位的措施

3.1大型站場(chǎng)及復(fù)雜樞紐線路故障定位

對(duì)于復(fù)雜站場(chǎng)或大型樞紐區(qū)，由于接觸網(wǎng)架構(gòu)復(fù)雜，分支線路眾多，當(dāng)發(fā)生故障后依據(jù)現(xiàn)有變電所故障測(cè)距裝置提供的信息不能直觀給出具體位置，需要依據(jù)線路狀況多地排查，造成大量人力資源及時(shí)間的浪費(fèi)。研究一種故障點(diǎn)故障定位輔助系統(tǒng)，智能區(qū)分判定故障線路，以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位，對(duì)排除故障，快速恢復(fù)設(shè)備狀態(tài)尤為必要。

樞紐故障定位輔助系統(tǒng)的思路是在線路的初始端的電連接或承力索上安裝一套帶電流定值的現(xiàn)場(chǎng)電流監(jiān)測(cè)單元，該單元可根據(jù)安裝區(qū)域的取流情況，靈活的設(shè)定電流閥值，一旦出現(xiàn)該區(qū)域流經(jīng)電流大于現(xiàn)場(chǎng)電流監(jiān)測(cè)單元的電流閥值時(shí)，就會(huì)進(jìn)行當(dāng)?shù)囟寺暪鈭?bào)警，并通過(guò)無(wú)線傳輸將動(dòng)作信息傳遞到樞紐故障定位輔助系統(tǒng)的分析平臺(tái)，后臺(tái)軟件會(huì)自動(dòng)分析牽引所運(yùn)行狀態(tài)信息，若此時(shí)此供電線路未出現(xiàn)跳閘信息，那有可能是流經(jīng)此區(qū)域的電流超過(guò)了電流監(jiān)測(cè)單元的閾值；若此時(shí)此供電線路有跳閘信息，那可判斷此區(qū)域出現(xiàn)了線路故障。當(dāng)確定線路出現(xiàn)永久故障后，分析平臺(tái)會(huì)及時(shí)將故障信息、故障地點(diǎn)傳遞給供電調(diào)度人員或運(yùn)檢人員，為故障查找提供輔助決策。

這種方式，可以精確的定位具體在哪一股道或哪一分支線路出了故障，大大提高了故障查找的準(zhǔn)確性。

3.2區(qū)間接觸網(wǎng)故障定位

對(duì)于區(qū)間的接觸網(wǎng)，結(jié)構(gòu)形式相對(duì)簡(jiǎn)單。但由于供電單元一般在30km左右，單元可同時(shí)開(kāi)行三列以上車(chē)輛，當(dāng)運(yùn)行在此區(qū)間的動(dòng)車(chē)組加減速時(shí)，會(huì)引起流經(jīng)電流的頻繁變化這樣在供電單元的首端，如果再使用上述的樞紐故障定位輔助系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)電流監(jiān)測(cè)單元的額定電流較難掌握，而且會(huì)隨車(chē)流變化引起頻繁啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)電流監(jiān)測(cè)單元容易出現(xiàn)誤報(bào)警；同時(shí)由于區(qū)間現(xiàn)場(chǎng)電流監(jiān)測(cè)單元分散，數(shù)據(jù)的傳輸也是個(gè)比較大的問(wèn)題，因此借助上述的故障判斷裝置在區(qū)間進(jìn)行輔助定位意義不大。

一種帶電流互感器的柱上隔離開(kāi)關(guān)能比較準(zhǔn)確獲取流經(jīng)此開(kāi)關(guān)的電流，利用此特性能較快的鎖定和隔離故障區(qū)段。目前在區(qū)間接觸網(wǎng)在分相和AT所上網(wǎng)處均設(shè)置了隔離開(kāi)關(guān)，但不具備獲取流經(jīng)電流數(shù)值的功能。帶電流互感器的隔離開(kāi)關(guān)是將隔離開(kāi)關(guān)刀片支撐絕緣器改為特殊互感器取代，使得流經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)的電流通過(guò)電流互感器獲取。因目前隔離開(kāi)關(guān)具備了遠(yuǎn)動(dòng)的功能，因此可以通過(guò)光纖等快速的傳輸回牽引所。再經(jīng)過(guò)后臺(tái)軟件和智能比對(duì)，可以快速的鎖定故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)區(qū)間定位的目的。

但是，這種定位方式并不是嚴(yán)格意義上的精確定位，它更多是基于正確判斷故障區(qū)段的基礎(chǔ)上，便于快速的隔離故障區(qū)段，讓動(dòng)車(chē)惰性滑過(guò)故障區(qū)段，避免因故障造成線路的中斷。如果將區(qū)間接觸網(wǎng)適當(dāng)位置的非絕緣錨段關(guān)節(jié)改造為絕緣錨段關(guān)節(jié)，并相應(yīng)地設(shè)置關(guān)節(jié)帶電流不下互感器的隔離開(kāi)關(guān)，那么區(qū)間一個(gè)較長(zhǎng)的供電臂變成了由若干個(gè)小的電氣互為獨(dú)立的區(qū)段組成，這樣可以實(shí)現(xiàn)故障范圍的更精確鎖定，也可保證動(dòng)車(chē)順利的駛出故障區(qū)段，提高了供電的靈活性和可靠性。

3.3長(zhǎng)大隧道故障定位

長(zhǎng)大隧道在高鐵線路中，所占的比例越來(lái)越大。一旦隧道內(nèi)出了設(shè)備故障，一直是供電部門(mén)處理的難點(diǎn)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，由于不清楚故障具體情況，在應(yīng)急方案及材料工具準(zhǔn)備上往往比較盲目，若故障在車(chē)流密集時(shí)段，供電維修部門(mén)的軌行搶修車(chē)輛會(huì)被線路上受困的動(dòng)力阻礙，無(wú)法快速到達(dá)目的地，這樣更延長(zhǎng)了故障搶修的時(shí)間。

采用一種紅外攝像加紫外傳感組合的攝像技術(shù)，不但能實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況，并能起到一定的輔助故障定位作用。由于采用的是紅外成像技術(shù)，因此即使是無(wú)照明的隧道，依然可以清淅的看到供電設(shè)備。若發(fā)生供電故障時(shí)，紫外傳感器可以敏感的捕捉到放電現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)后臺(tái)軟件的處理可以快速鎖定故障區(qū)段，同時(shí)通過(guò)調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)故障場(chǎng)景，可以幫助供電維修部門(mén)科學(xué)制訂應(yīng)急方案，可采用登乘動(dòng)車(chē)組等方式快速到達(dá)故障區(qū)段，從而為快速排除故障創(chuàng)造條件。

結(jié)論

綜上所述，針對(duì)不同區(qū)域的接觸網(wǎng)設(shè)備，選用合適的故障定位方式，對(duì)精確鎖定故障區(qū)域，科學(xué)制定應(yīng)急方案、快速恢復(fù)故障具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。上述定位方式既是對(duì)目前接觸網(wǎng)故障定位的補(bǔ)充，更是高速牽引供電系統(tǒng)精確定位、快速處理的必然需要。文中大型站場(chǎng)及樞紐故障定位已在實(shí)踐應(yīng)用，取得了預(yù)期的效果；其它兩種方式產(chǎn)品已基本研制成功，已在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試用。隨著產(chǎn)品的進(jìn)一步應(yīng)用和實(shí)踐，其技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性將進(jìn)一步凸現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬騰宇.地鐵牽引供電系統(tǒng)可靠性研究[J].科技資訊，2017，15（06）：48，50.

[2]袁琳.高速鐵路牽引變電所電源故障后的應(yīng)急供電對(duì)策[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2017（02）：173～174.

（作者單位：武漢高速鐵路職業(yè)技能訓(xùn)練段）