城市軌道交通DC1500V直流牽引供電系統(tǒng)短路故障

張志鵬

北京市地鐵運(yùn)營有限公司，中國·北京 100082

1 引言

在當(dāng)前的社會環(huán)境中，中國的城市交通系統(tǒng)已經(jīng)得到了較為全面的發(fā)展優(yōu)化，而城市軌道交通作為一種較為新穎的日常出行方式，更是受到了群眾的廣泛喜愛，而站在城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)的角度上來看，城市當(dāng)中的軌道交通系統(tǒng)主要為單軌系統(tǒng)、有軌電車以及磁懸浮系統(tǒng)等，這些具備著現(xiàn)代化特征的交通方式具備著許多優(yōu)點(diǎn)，比如能耗低、環(huán)境壓力小以及節(jié)能環(huán)保等，不僅能夠節(jié)約時間，也能夠在根本上降低交通擁堵等問題的發(fā)生概率。同時，由于一些城市軌道交通都是在地下環(huán)境中所運(yùn)行的，其很容易就會出現(xiàn)故障問題，最為常見的就是DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)的短路故障。

2 城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障

2.1 金屬性短路故障

在城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)的短路故障中，金屬性短路故障主要就是軌道車輛在實際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，與軌道之間產(chǎn)生了金屬之間的接觸，或是由于絕緣支座磨損較為嚴(yán)重，導(dǎo)致接地扁鋼與軌道進(jìn)行直接接觸，從而引發(fā)短路問題出現(xiàn)。同時，城市軌道交通系統(tǒng)當(dāng)中的工作人員，其在對供電系統(tǒng)展開故障檢修作業(yè)的過程中，如果工作人員并沒有將放置在軌道與接觸軌之間的金屬工具拿走，這種不良情況下也會導(dǎo)致供電過程中接觸軌與鋼軌直接產(chǎn)生短路故障。

2.2 非金屬性短路故障

這種非金屬性短路故障，所指的就是在車輛運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軌道上所產(chǎn)生的非金屬摩擦情況所引發(fā)的短路故障，如軌道線路被雨雪等自然因素直接淹沒等情況，接觸軌上的雨和雪也會成為一種導(dǎo)體，引發(fā)短路現(xiàn)象出現(xiàn)。同時，DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)在前期的工作過程中，接觸軌主要是利用絕緣支架固定在道床當(dāng)中的，無論是接觸軌還是接地扁鋼的絕緣性能都比較優(yōu)異，很少會產(chǎn)生系統(tǒng)故障。而在車輛長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，絕緣支架大多會處在一種不斷磨損的狀態(tài)中，隨著絕緣支架的老化破裂，軌道與車輛的縫隙之間就會產(chǎn)生一些雜物，這部分雜物也會成為導(dǎo)體通電，其中所泄漏的電流也會通過絕緣支架，直接流入接地扁鋼當(dāng)中，最終流入變電所的負(fù)極之中，這種由絕緣性質(zhì)的部件所引發(fā)的短路故障問題，也屬于非金屬性短路故障的范疇。除此之外，接觸軌內(nèi)部供電系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的電弧短路，也屬于一種非金屬性短路故障的類型[1]。

3 城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的定位方式與原理分析

3.1 城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的定位方式

在當(dāng)前的社會環(huán)境中，在對城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)短路故障進(jìn)行定位的方式主要有兩種，分別是阻抗法與行波法。而根據(jù)當(dāng)前所掌握的輸電線路定位行波故障原理，在進(jìn)行深入探索后能夠進(jìn)一步得出誤差的主要來源，從而開發(fā)出一種單端行波故障定位的具體算法，并且還不會受到波速產(chǎn)生的影響。而在對行波信號以及行波故障特征等方面進(jìn)行分析的過程中，采用的大多為小波變換法，并根據(jù)小波模極大值原理來對行波波頭的準(zhǔn)確時刻進(jìn)行判斷，從而更好地實現(xiàn)城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)的短路故障定位。

3.1.1 阻抗法

在阻抗法的應(yīng)用過程中，可以將其詳細(xì)劃分為單端量阻抗法以及雙端量阻抗法這兩種類型，其中的單端量阻抗法就是對兩端電壓流量，其在相同電壓情況下計算出的故障位置信息，而后利用現(xiàn)代化的通信技術(shù)以及互感器等高端技術(shù)設(shè)備，實現(xiàn)更加全面的故障定位功能，單端量阻抗法不僅工作原理較為方便，便于工作人員操作，還擁有著成本較低等特點(diǎn)，這就大幅度降低了城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的成本消耗。但是在實際操作階段中，其中存在的一個關(guān)鍵問題就在于故障位置的精準(zhǔn)程度比較低，很容易產(chǎn)生較大的誤差，這是由于在故障定位的實際過程中，系統(tǒng)內(nèi)部的過渡電阻會對整體精準(zhǔn)度產(chǎn)生不良影響，但這種故障定位方式仍舊是目前城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)當(dāng)中廣泛應(yīng)用的定位方式[2]。

3.1.2 行波法

在城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的定位過程中，行波法屬于阻抗法之外的常用方式，行波法的主要原理就是在行波傳輸理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對短路故障展開定位，并且通過不同故障行波的應(yīng)用，根據(jù)其到測量裝置的速度以及時間上出現(xiàn)的差異，可以對故障定位進(jìn)行更加精準(zhǔn)的計算。而阻抗法與行波法雖然都有著各自的優(yōu)點(diǎn)，但由于城市軌道交通處在一種動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)中，其很容易產(chǎn)生各種各樣的問題，盡管這兩種方式能夠有效解決短路問題，但隨著現(xiàn)代化技術(shù)的高速發(fā)展，其對于故障定位系統(tǒng)內(nèi)部所用的通信設(shè)備以及測量設(shè)備也都提出了較高的要求，還有更加明確的及時性與準(zhǔn)確性需求，這也使得對于定位分析設(shè)備方面的投資力度不斷提升。

3.2 城市軌道交通DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的原理分析

3.2.1 定位實現(xiàn)

在城市軌道交通系統(tǒng)的實際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其在一些特殊情況下會采用單邊供電系統(tǒng)，如果內(nèi)部各個線路處在一種無問題的狀態(tài)下，根據(jù)所用設(shè)備所獲取的結(jié)論，其在電壓理論的影響下應(yīng)該處在一種線性均勻變化狀態(tài)中。同時，直流供電系統(tǒng)內(nèi)部的線路電壓，其主要呈現(xiàn)出線性下降的狀態(tài)，一旦在供電直流側(cè)部位出現(xiàn)了短路問題，故障出現(xiàn)位置的貝瑞隆模型就會直接損壞，對應(yīng)點(diǎn)的電壓也會直接歸零。而在具體的故障發(fā)生部位，電源端之間仍舊處在一種均勻性分布的狀態(tài)中，不會受到電壓所帶來的影響，這樣所得出的結(jié)果就符合貝瑞隆模型。在這種特殊情況下，利用貝瑞隆模型來對故障電路內(nèi)部的電壓展開深入的分析計算，就可以找尋出電壓最小的部位，利用這一電壓點(diǎn)與電源點(diǎn)之間的距離，從而完成最終的故障定位工作。

3.2.2 貝瑞隆模型的基本原理

站在城市軌道交通的角度上來看，其在供電直流側(cè)產(chǎn)生短路故障屬于一種影響較為嚴(yán)重的故障問題，這也代表著保護(hù)裝置產(chǎn)生了問題。而在這種情況下，在進(jìn)行故障定位工作時所采用的主要數(shù)據(jù)信息，其主要依據(jù)就在于故障發(fā)生之前保護(hù)裝置所記錄的電壓信息與電流信息，站在整體的角度上來看，這部分被記錄下來的數(shù)據(jù)信息能夠更加準(zhǔn)確的找尋故障位置的信息，但卻不利于實現(xiàn)故障定位。無論采用的是單測距方式還是雙測距方式，其都是將電流與電壓的基波作為基礎(chǔ)，而在故障發(fā)生切除時間越來越短的情況下，基波向量數(shù)據(jù)是很難精準(zhǔn)提取的[3]。

4 結(jié)論

在當(dāng)前的社會環(huán)境中，城市軌道交通已經(jīng)成為了群眾日常生活中必不可少的一種交通方式，但由于各類客觀因素產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致DC1500V 直流牽引供電系統(tǒng)很容易產(chǎn)生短路故障。因此，這就需要加大對于短路故障的重視程度，準(zhǔn)確找尋出引發(fā)故障的原因，在實現(xiàn)故障定位的同時，采取針對性措施加以解決，避免其對城市軌道交通系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。