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提高高铁牵引供电系统故障精确定位研究

作者：王猛

来源：《科学与技术》2018年第14期

摘要：随着我国高速铁路的大量建成和投产，便捷快速的高铁越来越成为人们出行的首选。作为给高速铁路提供电源的牵引供电系统，不但提供了动力组开行的动力，同时给空调、照明、通风系统提供电源。因此，一旦牵引供电系统发生故障，不仅影响运输秩序，若在恶劣的运行环境中（如高温、长大隧道等）还将引起旅客的不适，甚至引起社会不良反应。近年来，牵引供电系统的管理部门为提高牵引供电系统的可靠性做了大量工作，在设备材料质量、施工质量控制、运营维修水平都有了显着提升，牵引供电故障率正逐年降低。但随着人们对出行要求的日渐提高，旅客对故障的容忍度日益降低。 关键词：高铁；牵引供电系统；故障；精确定位

牵引供电的方式和电流制根据不同的经济、技术形式有所不同，高速铁路相对于传统的铁路来说对牵引供电的要求更高更严，高速铁路牵引供电故障的产生所造成的影响也更大。如何及时有效地解决高速铁路牵引供电故障，一直是我国铁路部门和行业人员的研究课题。 1牵引供电系统概述

牵引供电系统是指为机车提供电能消耗的工作系统，包括牵引变电和牵引网两个组成部分，其中牵引网包括馈电线以及接触网等。牵引电力系统还能够把某个地区产生的电能，通过系统传输，向地区附近的铁路运输提供电能支持。接触网供电系统是牵引供电系统的重要组成部分，接触网供电系统能够保证牵引供电系统的稳定运行。牵引系统在进行工作时，分为直流电和交流电两种。直流电在进行电能输送的工作当中，标称电压不能满足牵引电压的需要，导致供电效率较低。随着技术的发展，交流电压具有较高的供电电压，能够满足牵引供电系统的电流需要，因此交流电压逐渐发展并推广使用。由于列车行驶速度较快，电流供电的时间较短，电力电流起伏变化较大，因此列车需要的牵引电压较高。在满足列车需要的牵引电压同时，还需要保证列车行驶过程中的安全性。牵引供电系统需要的线路比较广泛，需要的设备较多，因此保证牵引供电系统的稳定运行，能够保证机车的畅通。 2存在的问题和不足

由于牵引供电系统的接触网工况复杂，设备运行状态不仅受自身设备质量的影响，同时往往受制于外部环境的影响，特别是进入夏季，南方强对流天气增多，台风影响频繁，接触网设备极易发生故障。从近年来发生的接触网设备典型故障来看，一旦发生较大的故障，一般处理时间都在两小时左右，可见接触网故障对整个运输生产的影响极大。

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经对部分典型故障统计分析发现，故障处理时间中其中故障查找、精确定位占了将近50%左右的时间。因此，在提高接触网运行质量的同时，如何进行故障精确定位十分关键。 本文就如何提高接触网精确定位，缩短故障查找时间进行研究，提高接触网故障处理速率，减少对运输生产的影响。 3提高故障快速定位的措施

3.1大型站场及復杂枢纽线路故障定位

对于复杂站场或大型枢纽区，由于接触网架构复杂，分支线路众多，当发生故障后依据现有变电所故障测距装置提供的信息不能直观给出具体位置，需要依据线路状况多地排查，造成大量人力资源及时间的浪费。研究一种故障点故障定位辅助系统，智能区分判定故障线路，以实现故障点的快速定位，对排除故障，快速恢复设备状态尤为必要。

枢纽故障定位辅助系统的思路是在线路的初始端的电连接或承力索上安装一套带电流定值的现场电流监测单元，该单元可根据安装区域的取流情况，灵活的设定电流阀值，一旦出现该区域流经电流大于现场电流监测单元的电流阀值时，就会进行当地端声光报警，并通过无线传输将动作信息传递到枢纽故障定位辅助系统的分析平台，后台软件会自动分析牵引所运行状态信息，若此时此供电线路未出现跳闸信息，那有可能是流经此区域的电流超过了电流监测单元的阈值；若此时此供电线路有跳闸信息，那可判断此区域出现了线路故障。当确定线路出现永久故障后，分析平台会及时将故障信息、故障地点传递给供电调度人员或运检人员，为故障查找提供辅助决策。

这种方式，可以精确的定位具体在哪一股道或哪一分支线路出了故障，大大提高了故障查找的准确性。

3.2区间接触网故障定位

对于区间的接触网，结构形式相对简单。但由于供电单元一般在30km左右，单元可同时开行三列以上车辆，当运行在此区间的动车组加减速时，会引起流经电流的频繁变化这样在供电单元的首端，如果再使用上述的枢纽故障定位辅助系统，现场电流监测单元的额定电流较难掌握，而且会随车流变化引起频繁启动，现场电流监测单元容易出现误报警；同时由于区间现场电流监测单元分散，数据的传输也是个比较大的问题，因此借助上述的故障判断装置在区间进行辅助定位意义不大。

一种带电流互感器的柱上隔离开关能比较准确获取流经此开关的电流，利用此特性能较快的锁定和隔离故障区段。目前在区间接触网在分相和AT所上网处均设置了隔离开关，但不具备获取流经电流数值的功能。带电流互感器的隔离开关是将隔离开关刀片支撑绝缘器改为特殊互感器取代，使得流经隔离开关的电流通过电流互感器获取。因目前隔离开关具备了远动的功

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能，因此可以通过光纤等快速的传输回牵引所。再经过后台软件和智能比对，可以快速的锁定故障区段，实现区间定位的目的。

但是，这种定位方式并不是严格意义上的精确定位，它更多是基于正确判断故障区段的基础上，便于快速的隔离故障区段，让动车惰性滑过故障区段，避免因故障造成线路的中断。如果将区间接触网适当位置的非绝缘锚段关节改造为绝缘锚段关节，并相应地设置关节带电流不下互感器的隔离开关，那么区间一个较长的供电臂变成了由若干个小的电气互为独立的区段组成，这样可以实现故障范围的更精确锁定，也可保证动车顺利的驶出故障区段，提高了供电的灵活性和可靠性。 3.3长大隧道故障定位

长大隧道在高铁线路中，所占的比例越来越大。一旦隧道内出了设备故障，一直是供电部门处理的难点。当故障发生时，由于不清楚故障具体情况，在应急方案及材料工具准备上往往比较盲目，若故障在车流密集时段，供电维修部门的轨行抢修车辆会被线路上受困的动力阻碍，无法快速到达目的地，这样更延长了故障抢修的时间。

采用一种红外摄像加紫外传感组合的摄像技术，不但能实时掌握隧道内设备的运行情况，并能起到一定的辅助故障定位作用。由于采用的是红外成像技术，因此即使是无照明的隧道，依然可以清淅的看到供电设备。若发生供电故障时，紫外传感器可以敏感的捕捉到放电现象，经过后台软件的处理可以快速锁定故障区段，同时通过调取现场故障场景，可以帮助供电维修部门科学制订应急方案，可采用登乘动车组等方式快速到达故障区段，从而为快速排除故障创造条件。 结论

综上所述，针对不同区域的接触网设备，选用合适的故障定位方式，对精确锁定故障区域，科学制定应急方案、快速恢复故障具有较强的实践意义。上述定位方式既是对目前接触网故障定位的补充，更是高速牵引供电系统精确定位、快速处理的必然需要。文中大型站场及枢纽故障定位已在实践应用，取得了预期的效果；其它两种方式产品已基本研制成功，已在现场进行试用。随着产品的进一步应用和实践，其技术性、经济性、社会性将进一步凸现。 参考文献

[1]马腾宇.地铁牵引供电系统可靠性研究[J].科技资讯，2017，15（06）：48，50. [2]袁琳.高速铁路牵引变电所电源故障后的应急供电对策[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2017（02）：173～174.

（作者单位：武汉高速铁路职业技能训练段）