(深圳市地铁集团有限公司 广东深圳 518000)
摘要：地铁接触网作为地铁牵引供电系统的重要组成部分，担负着为电力机车提供牵引供电的重要任务。当接触网线路出现严重不可自动恢复的永久性故障时，若能够通过故障测距迅速准确的定位故障点，就能有效提高抢险效率，减小维修人员的巡线负担，大大缩短停电抢险时间，降低停运带来的运营损失。
关键词：接触网;故障测距;最小二乘法
1引言
地铁的迅速发展给人们的出行提供了便利，与此同时地铁牵引供电系统的安全可靠运行已成为研究的重点。接触网作为地铁牵引供电系统的重要组成部分，无备用回路，由于地铁接触网所处的环境和电力机车受电弓的摩擦以及机械冲击等原因，接触网成为了牵引供电系统中易发生故障的薄弱环节。港铁龙华线、上海地铁等国内同行业发生的多起接触网严重故障，都导致了长时间的运营中断，造成了极其恶劣的社会影响。直流牵引供电系统故障测距主要是解决接触网发生短路后，可以对其短路地点进行快速的排除，以降低运营损失，提高供电的可靠性。
目前地铁接触网直流故障测距在全世界都是尚未解决的课题，相关的概念仅停留在理论研究之上，国内外尚无实际的接触网故障测距装置投入使用。通过人工巡线的方式来检修排除故障，效率低并且耗费大量人力物力。本文提出一种适合于地铁直流牵引供电系统的故障定位算法，并在深圳地铁5号线进行现场模拟测试，该故障测距方法快速、准确获取故障位置进而排除故障，保证供电系统安全可靠运行，具有重要意义。
2直流牵引供电系统模型
直流牵引地铁供电系统是保障地铁运营的动力能源，是地铁安全运营的重要设施。直流牵引地铁供电系统是地铁供电系统重要的一部分，一般由两路不同的高压电源经主变压器由AC110kV降压至AC35kV向牵引混合变电所供电。在牵引变电所内通过整流变压器降压至AC1180V，经整流器转换DC1500V通过直流进线开关供给直流母排，再从母排通过馈线开关和上网刀闸给接触网供电。地铁列车通过受电弓取电，电流经牵引电动机流出后通过走行轨进行回流到负母线，再经负极柜回流到整流器的负极，完成回流。
深圳地铁典型直流牵引供电系统的原理图如图1所示。
图1 深圳地铁典型直流牵引供电系统的原理图
3故障测距原理
3.1故障定位的研究现状
电力系统中常用的两种测距方法为行波法和阻抗法。行波法是根据行波传输理论实现输电线路故障定位的有效方法。当线路发生故障时，故障点向两端发出接近光速传输的电压和电流行波，在传播过程中在遇到阻抗不连续的地方发生折射和反射，利用检测到的行波时间差和速度差来实现故障测距。行波法虽优点众多，但对地铁直流供电系统而言，其电压等级低、供电距离短。目前，深圳地铁最长区间为11号线碧机区间，接触网线路长7.4km，当线路发生近短短路时，传播到两端监测点的时间仅为几十毫秒，对通信设备的要求非常高，行波过程不明显，设备投资也相对较大，故该方法不适用于地铁牵引供电系统的故障测距。
阻抗法分为单端测量阻抗法和双端测量阻抗法。单端测量法原理简单，易于实现，装置成本低，但由于地铁供电距离较短，使得过渡电阻微小的影响就会导致较大的测量误差，因此单端测量法不适合用于地铁牵引供电系统的故障测距。双端测量法是利用两端的电压和电流幅值来推算故障点，测距原理相对简单，测距结果受线路参数、系统运行方式等因素的影响，测距精度较低。
3.2 基于最小二乘法求解的双端故障定位算法
根据图1所示深圳地铁典型直流牵引供电系统的原理图建立故障暂态分析模型。如图2所示，根据戴维南定理，将牵引变电所等效成理想电压源Us（含内阻Req和内感Leq）与等效电阻Rc、电感串联Lc组成。其中，理想电压源Us代表24脉波整流电路输出的空载电压，而等效电阻Rc、电感Lc视为接触网的恒定电阻和电感,等效电阻Rr、电感Lr视为钢轨的恒定电阻和电感。
式（1）中仅含有故障点位置 d 为未知量，电压、电流采样值已知，理论上将短路过程中任一时刻数据代入即可求得故障点的位置，为减小接触网参数对测距结果的影响，将4个数据点代入式（1），得到矩阵方程，求解该矩阵方程，得到向量b=[b1 b2 b3 b4 ]T，故障测距结果则可以求出。由于每一时刻的采样点均能得到一个定位的结果，故利用最小二乘法求出故障距离的精确解。
图3 牵引供电系统故障暂态模型
论文作者:张显
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/27
标签：供电系统论文; 故障论文; 地铁论文; 电压论文; 阻抗论文; 电阻论文; 电感论文; 《电力设备》2018年第7期论文;