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1、论铁路10kv供电系统中自闭、贯通线路故障查找方法李扬摘要:在铁路电力供电系统中，自闭和贯通电力线路为铁路沿线自动闭塞信号及车站负荷等提供电源。为了保证铁路运输安全，对自闭贯通线的可靠性和故障快速排除的要求很高，如产生供电中断，将会导致自动闭塞信号混乱，影响铁路的正常运输，严重时将会造成重大生命财产损失。因此，为了避免事故进一步扩大，提高配电网的安全、可靠、经济运行，必须尽快找到故障点并排除故障。本文结合工作中的实际情况快速确定故障区段，合理利用阻抗法、行波法、S注入法的各种优点，为快速查找故障和处理故障提供了有利保障。关键词:自闭贯通线;阻抗法;行波法;S注入法；故障区段1. 自闭贯通线路特
2、点我国铁道配电网采用自动闭塞和电力贯通线路(简称自闭贯通线)为铁路系统调度集中、大站电气集中联锁、自动闭塞、驼峰信号等一级负荷提供电源。自闭电力线路是指对自动闭塞区段信号设备供电的10kV专用电力线路。贯通线是指连通铁路沿线两个相邻变电所、配电所间的10kV或35kV电力线路，它主要对沿线的车站和区间负荷供电，兼做信号设备的备用电源。在我国，为了实现安全、可靠、优质、经济地供电，铁路自闭贯通配电网在系统构成和功能上与常规电力系统配电网有所区别，自闭贯通线简化其示意图如图所示，它主要的特点有:(1)供电线路长。 (2)供电点多，供电负荷小。 (3)系统接线形式简单，但线路为架空线和电缆混合线路。
3、(4)运行环境差，地区偏远，日常维护困难，一旦故障发生，其维修较困难。(5)电压等级低，变(配)电所结构单一，但供电可靠性要求高。京哈线通蓟自闭、贯通区段2.自闭贯通线路故障定位的意义及研究现状据现场调查，自闭贯通线投入以来，各种故障屡有发生，如线路上瓷瓶、悬垂的绝缘子由于各种原因，经常遭受破坏，有的明显，有的隐蔽；避雷器数量多，造成击穿的机率较大；10 kV电缆绝缘薄弱，北方地区温差大和电缆运行环境极为复杂，电缆头常发生击穿故障；小动物、风季铁丝、树枝类常被刮到线条或变压器上引起接地或短路；气温骤然降低造成线条断线等。统计起来自闭贯通线的短路故障有三相短路、两相短路、单相接地短路，其中90%
4、以上的故障是单相接地故障。线路上的鸟筑巢造成线路跳闸 线路上的悬式绝缘子遭到破坏线路上的电缆故障 电路故障点查找由于自闭贯通线采用中性点不接地的方式，属于小电流接地系统，当自闭贯通输电线路发生单相接地时，故障电流较小，并且三相线电压仍然保持对称，不影响向负荷供电,电力系统安全规程落规定允许继续运行 2小时，有效地保证了系统供电的可靠性。但单相接地会引起非故障相的对地电压升高，对设备绝缘构成威胁，尤其是弧光接地引起的过电压高达数倍甚至数十倍相电压，极易造成两相或三相短路事故，直接影响正常供电，造成列车堵塞等事故，打乱运输计划，甚至造成巨大的经济损失。输电线路发生单相接地因此，为保证铁路运输安全以
5、及沿线车站设备的正常运行，要求尽快找到故障点并排除故障，及早恢复故障区域的供电，提高配电网的安全、可靠运行。然而在设备装置方面，目前大部分配电所内仅装设了老式继电保护装置，当线路发生故障，特别是单相接地故障时，主要采用人工拉合线法、巡线目测法、阻抗法、翻牌信号巡视法、手持探测器法及柱上单元编码回送法等实现故障查找。由于自闭线路长、自闭信号点多、开关数量多，加之交通不便，使故障排除时间长，影响自动闭塞信号正常运行。为此，本文对当今应用较广泛的几种测距方法的适用范围及其特点进行分析，包括阻抗法、行波法、S注入法、智能法和区段查找法，并分别对它们在自闭贯通线中应用的适应性进行了分析。3、各种测距/定
6、位方法的适应性分析3.1阻抗法及其适应性分析阻抗法的原理基于输电线路为均匀线的假设，即假设故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比。故障时，测距装置由启动元件启动，测得故障时的电压和电流等参数，进而计算出故障回路的阻抗。由于线路长度与阻抗成正比，因此可以求出由装置安装处到故障点的距离。但实际应用中由于故障的过渡电阻、分布电容、线路不完全对称，以及电压、电流变换器误差等因素的影响，使测距误差远远不能满足实际使用的要求。阻抗测距法大多应用于中性点接地系统。3.2行波法及其适应性分析行波法是利用高频故障暂态电流、电压的行波或故障后用脉冲频率调制系统以及断路器断开或重合时产生的暂态信号等等来间接
7、判定故障点的位置。自闭贯通线混合线及站间负荷造成了线路上的特性阻抗不连续，行波将在阻抗不连续处发生反射、折射，由于自闭贯通线单端供电方式使得其只能采用单端型行波测距法，这使提取及识别故障点产生及反射的行波的难度加大。可分析故障发生在不同的区段时，行波经波阻抗不连续点反射及折射后产生的特征，总结其规律，将行波法应用于自闭贯通线测距中。考虑自闭贯通线的混合线对波速的影响，可将架空线和电缆进行波速单一化，即将电缆按行波在架空线及电缆中传播的波速比归算为架空线，按等效线路计算后，再将计算得到的距离换算为实际故障距离。绝缘电阻测试仪 智能型电缆测距仪3.3 S注入法”及其适应性分析在系统发生单相接地时，
8、可以人为地向系统注入一个特殊电流信号，通过检测注入信号的路径和特征来实现接地选线、测距和定位故障，称之为“S注入法”。“S注入法”测距通过对注入端信号电压的检测，计算信号注入端到接地故障点之间的阻抗，从而实现故障查找与定位。S注入法”测距与阻抗法在检测到电压电流信号后的处理方法是一样的，都是通过电压电流计算变电站(测量点)到接地故障点之间的电抗，它们的区别在于信号的检测方法上。针对实际自闭贯通线，应用“S注入法”测距时，为减小自闭贯通线的混合线路结构和信号电源点变压器的影响，拟采用的解决方案与阻抗法相同。故障定位通过人工手持探测器沿线查找或在线路上安装检测装置指示线路中是否流过注入信号来实现。
9、这种方法可靠性较高，但耗时费力，无法适应当今自动化水平的要求。针对实际自闭贯通线，可考虑应用通信技术，在自闭贯通线上安装信号探测装置，采集并实现对注入信号检测结果的自动传输，实现故障的自动定位。故障定位仪器组 故障定位变压器故障定位查找3.4智能法及其适应性分析为解决故障测距问题，引入优化方法、卡尔曼滤波技术、模式识别技术、概率和统计决策、模糊理论、模拟退火算法、分形分维分析、人工神经网络、专家系统等智能分析方法和手段。基于规则的专家系统和人工神经网络的发展为智能化测距提供了新途径，但目前还处于研究开发阶段。4、故障区段查找法及其适应性分析目前铁路电力线路故障区段查找方法有两种：一是人工拉合线
10、路高压开关（三级联动开关或单极开关）确定故障区段，此方法是故障查找人员在现场拉开高压开关，由相应的配电室试送电，若成功，再打开下一个高压开关，直到确定故障区段为止，此方法延长了故障查找时间，而且要求故障抢险人员对设备极为熟悉，克服操作高压开关作业环境复杂等不利因素；二是通过安装在馈线上具有测量和通信功能的馈线终端(FTU)检测各分段开关处内的电气量，来进行故障区段的判断，实现故障区段的判断和迅速隔离，在一定程度上减小了故障影响范围，缩短了故障查找时间，例如北京供电车间管内东北环昌双贯通黄土店站安装的杆上断路器馈线终端。 拉合线路的三级开关 区间分界点安装分段开关5、结论本论文在调研自闭贯通线的
11、特点及其故障定位的研究现状，对各种故障查找与定位原理在自闭贯通线中的适应性进行了分析。得到以下结论:(1)利用两端测量阻抗来进行故障测距，可实现粗略地故障查找定位。但是，当过渡电阻较大以及故障位于线路两端时，误差较大。由于采用两端电气量需借助通信通道实现数据交换，受系统通信技术的限制，另外，由于测量对端阻抗时需将对端断路器合闸，在现实实施中受一定限制。 (2)将行波法应用于自闭贯通线的故障查找定位应充分考虑自闭贯通线的特点。将线模分量和零模分量相结合可对故障点反射波和对端反射波进行识别;架空线和电缆混合线的行波过程较为复杂，但在不同区段发生单相接地故障时，仍存在明显的规律，可以判断故障发生区段
12、;行波法测距精度不受站间负荷和过渡电阻的影响。在解决噪声和互感器精度问题后，可望实用。(3)可将“S注入法”应用于自闭贯通线的故障定位，借鉴传感器网络的组网特性及容错机制，构建基于注入法的自闭贯通线的故障定位系统。S注入法”的应用，可有效地解决单相接地故障电流数值小、信噪比小的问题，可望全面解决自闭贯通线单相接地故障查找困难、排除时间长的问题，且系统定位精度高，适用性广，可望有一定的应用前景。总体而言，本论文粗略地对阻抗法及行波法在自闭贯通线的应用进行了探讨，针对自闭贯通线的部分特点进行了分析，在铁路10kv供电系统中，利用通信功能的馈线终端(FTU)检测出故障区段所属责任部门，利用人工拉合高压开关确定具体故障区段，利用行波法粗略测算出故障地范围，利用“S注入法”精确定位故障点，将各种方法统一结合起来，利用各自优点，将电力线路故障迅速排除。就目前发展趋势来看，各种智能原理和算法在自闭贯通线路故障定位中的应用也是今后值得关注的方向。
论铁路10kv供电系统中自闭、贯通线路故障查找方法
