摘要：近年来城市轨道交通发展迅速，合理的轨道线路布局、高效安全的轨道交通运行对于改善市民公共出行条件、缓解高峰时段城市交通压力、优化城市整体发展布局起到重要的促进作用。然而，频发的轨道交通供电系统直流侧供电故障给地铁的安全运营带来了新的挑战，其中最为常见的是牵引供电系统短路故障。因此文章就地铁牵引供电系统直流侧短路故障展开相关研究。
关键词：地铁牵引供电系统；直流侧；短路故障；研究
直流性的牵引系统是地铁列车在行驶过程中的动力来源，其在运行中的安全性和可靠性是地铁运行安全性和可靠性的保障。从地铁供电系统的运行经验中可以看出，直流系统主要故障有短路故障、过负荷故障及过电压故障等多种，其中，比较多见的属于短路故障，当出现这一类型的故障时，就会导致地铁直接中断，所以通过什么样的方式快速地找到短路故障是非常重要的。
一、城市轨道交通牵引供电系统结构及直流侧短路故障原因分析
典型的城市轨道交通供电系统一般包括高压供电源系统（城市电网）、牵引供电系统与动力照明供电系统三部分。高压供电源系统采用不同的供电方式经交流母线为牵引供电系统输送高压（35kV）或中压（10kV）三相交流电，牵引供电系统通过牵引变电所将三相交流电转变成适用于轨道车辆的低压直流电（750V或1500V），经馈电线将直流电输送至牵引网（接触网或第三轨），轨道车辆通过受流器（受电弓或受电靴）与接触网的直接接触获得电能，并由走行轨和回流线返回至负极。直流侧短路故障原因有：（1）正极对地短路故障。发生该故障的主要原因是，在带电回路中爬行的老鼠等小动物，或者遗漏在带电回路中的金属线头和安装检修遗留的螺丝和垫圈等，这些导致直流正极发生短路问题。（2）正极对框架短路故障。直流牵引供电系统如果在直流设备的发生正极对壳体的泄漏，短路电流会经过壳体、地、轨-地泄漏电阻或者排流二极管、OVPD流回负极母线。这种泄漏故障，一般最初的短路电流都不大，但若不及时清除，事故会逐渐发展扩大，短路电流可能由最初的几十安培上升到几万安倍。（3）正极对负极的短路故障分析。该类型的故障中很多都是因为架空接触网对钢轨的短路导致的，当接触网断线掉落接触到钢轨，或者是机车顶部在接触网中出现放电和错误地挂接地线等原因，导致直流正极在负极瞬时发生短路问题，在这一过程中，短路的电流会上升到几万安，因此直流开关中的大电流会发生脱口保护的动作，随之启动DDLDelta-I。
二、地铁供电系统直流侧短路故障的类型分析
（一）故障中的非金属短路分析
就非金属短路故障来说，其主要指的是第三轨和走形轨从过渡的电阻短路中经过或是出现绝缘泄漏，导致非金属短路故障发生。例如受到雨雪天气的影响，轻轨会受到雨水和积雪的覆盖作用，成为导体，导致行轨出现短路问题。此外，长久性的在运行中与接触网进行接触和第三轨绝缘发生老化，造成电流外放以及泄漏的问题，随之，被泄漏后的电流从绝缘支座、接地扁铜、变电所地网回流到变电所的负极中，导致非金属性的短路故障发生。非金属性的故障引发的短路电流非常小，因此在发生之后总是不易被发现。受到时间、接触电压和跨步电压的影响，会引起电弧出现，使得短路故障不断扩大，影响了人们的交通，并威胁人们的生命安全。
（二）故障中的金属短路问题分析
对于金属性故障来说，其指的是因为第三轨和接触网以及走形轨间出现直接性的金属接触之后，导致其绝缘支架被击穿，导致设备短路。例如在广州地铁上，就曾因集电靴挂有乘客遗留的雨伞，在折返线上，雨伞与接触轨短接，造成明火，雨伞烧毁后掉落，脱离集电靴，造成列车出现8min的晚点事件。同时，还有一种原因就是，在停电实施检修作业结束时，并未在第一时间对接触网的接地线进行撤除，因此，在恢复供电的过程中出现金属短路故障，当在运行过程中不能有效地处理故障，就会导致不安全的交通问题出现。
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三、地铁供电系统直流侧短路故障的故障
（一）运用重合闸的原理进行判断
线路的测试功能利用对直流母线的电压进行测量，并对馈线电压进行测量，根据测量结果判断主回路是否正常工作，地铁线路测试的回路电阻Rx，假设比较值为R0，并根据电阻大小对比判断断路器能不能被允许合闸，按照计算结果，当Rx>R0Ω时，判断故障为瞬时性的，这时重合闸会成功的。当Rx<R0Ω时，判断故障为永久性不能自动恢复的，重合闸中不成功。需要注意的是，框架保护不会对线路测试与重合闸进行启动。
（二）重合闸成功时故障的判断
主要是因为列车故障等多种外部原因或者是接触网出现短闪络，导致的金属短路造成的，一般是瞬时短路故障，同时，保护类型中很多都是大电流脱扣和DDL-Delta-I。在这一过程中，供电设备都是可以进行正常运行的，需要注意的是，要进行观察设备的运行状况，还要组织该列车能够下线运营，并指派接触网人员加强对于故障区的巡视，等到结束运营之后，要组织专业人员检查并分析供电设备以及列车等工况。
（三）重合闸不成功时故障的判断
如果重合闸不成功，那么就是持续性的故障。如果框架保护动作，就要试着复归故障信号。复归成功后，经电调允许后就可以进行送电，结合电调的具体要求进行处理；如果不能复归，根据实际情况解除相关闭锁，本所整流机组中退出，利用越区开关实施大双边供电。当大电流出现脱扣保护的动作，工作人员经电调允许后对设备进行检查。
四、城市地铁交通供电直流侧的短路故障的检查
（一）行波法的应用
就行波法来说，这是城市地铁交通在直流输电系统当中非常多见的一种方法，该方法运用的原理是，在行波传输理论的前提下，对故障进行定位，利用对不同故障行波到达的测量装置速度和时间差进行分析，进而计算故障的具体位置。这在故障定位的过程中具有非常多的优点，并且广泛地应用在直流输电的系统故障定位中，然而在城市地铁交通直流供电系统当中进行应用时，对于测量设备和通讯设备的要求非常高设备投资也非常大。
（二）阻抗法的应用
对于城市地铁交通的供电直流侧的短路故障来说，其定位方法当中的阻抗法还可以被划分成单端量阻抗法与双端量阻抗的方法。就前者来说，其对于供电直流的侧短路故障进行定位时所遵循的工作原理是非常简单的，同时，成本比较低。然而在具体的运行过程中运用该方法进行定位没有确保精度，究其原因，主要是因为定位中很容易遭受对侧系统电阻所带来的影响。运用这一方法的时候，能够选择微分方程的工频法和一元二次的方程法与迭代法以及电压法等，达到对过渡电阻进行消除的目的，对对侧系统中单端量的抗阻法故障进行消除。对于双端量的阻抗法来说，其对于故障定位的测量是现阶段城市地铁运输过程中供电直流侧发生短路故障定位中非常重要的一种技术方法，该方法利用对两端电压的流量推算，在故障点的电压相等前提下获得故障位置的信息，该方法具有现代通信信息技术，同时，还具备高精度的互感器与故障录波的装置等多种现代化的技术作为支撑，对故障定位进行实现。
综上所述，地铁已经成为城市人们交通的主要方式，直流牵引的供电系统中的联锁关系非常复杂，同时，发生的短路故障点非常多，且不容易查找，因此，需要按照故障现象和保护动作实施的情况与重合闸的情况对其进行全面研究，尽量降低故障发生率，确保地铁的安全可靠运行。
参考文献：
[1]陈隆.基于晶闸管整流器的直流牵引供电系统[D].西南交通大学，2016
[2]莫斌涛.基于地铁牵引供电系统直流保护特性的接地点优化策略研究[D].华南理工大学，2012
[3]陈丹.地铁牵引供电系统故障测距研究[D].西南交通大学，2012
[4]周文卫.直流牵引供电系统短路电流计算与故障测距研究[D].西南交通大学，2012
论文作者:张乐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：故障论文; 供电系统论文; 地铁论文; 电流论文; 正极论文; 发生论文; 城市论文; 《电力设备》2018年第19期论文;