（中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段 杭州 310000）
摘要：近年来，我国的高速铁路工程建设越来越多，在高速铁路牵引供电系统中，故障测距系统对牵引供电系统故障区段快速准确定位起着至关重要的作用，本文对京沪高铁所采用的故障测距方法进行介绍和研究，实时采集每日动态检测车线路位置公里标及供电臂上牵引供电所亭的分布电流，并结合GPS卫星时钟实时对时系统对所采集的公里标和电流进行准确标定，从而实现Q-L分段数据表的修正，提高故障测距精度。
关键词：高速铁路；故障测距；动态检测车；公里标
引言
面对新的发展形势，高速铁路牵引供电系统传统的运维方式存在一些棘手问题，如牵引变压器利用效率不高、部分易老化设备寿命周期过短、运营维护成本过高、迅猛发展的牵引供电系统规模与运维人员短缺矛盾突出等。以上问题急需一种长效的运维管理模式予以解决，以提高高速铁路牵引供电设备管理水平和资产运营效率，进而达到“提质增效”目的。
1主要牵引供电制式
电气化铁路采用单相交流牵引供电，但是各国的牵引供电制式有所不同。德国等中、北欧国家因历史原因采用16.7Hz单相交流供电制式，法国、英国等国家电网电压等级高、短路容量大，采用单相变压器为铁路供电，而日本受某些地区薄弱电网影响采用Scott平衡变压器为铁路供电。我国电气化铁路采用单相工频交流牵引供电方式，受地区电网特点影响，变压器接线形式多样。
2常用故障测距方法
①电抗测距法。电抗测距法的特点：（1）算法简单；（2）适用范围小，只适用于结构简单的供电结构，如直接供电模式；（3）测距精度不高，虽然线路参数只受导线材料、空间架构和地质土壤导电率等因素的影响，线路建成后基本参数就已经基本固定，不受供电方式和短路类型的影响，但由于采集到的Ug和Ig易受干扰，测距精度略差。②吸上电流比法。吸上电流比法的特点：（1）只适用于全并联AT供电模式，且只适用于T-R和F-R短路，对于T-F短路类型，由于吸上电流值被旁路而无法采集，所以不适用；（2）全并联AT供电模式按原理分为以京沪高铁为代表的法国式和以大秦铁路为代表的日本式。京沪高铁法国式AT供电模式由于牵引变电所出口处未设置自耦变压器，因此故障越接近牵引变电所，供电电流分布越接近直供方式，如继续采用吸上电流比法测距，则测距精度无法保证；（3）全部所亭供电臂必须建有专用通道，且各所亭都必须装有故测装置，线路可为单线和复线；（4）判断线路是否处于全并联AT供电模式判据较多，如以吸上电流值来判别各所亭开关状态等。③上下行电流比法。上下行电流比法的特点：（1）供电臂必须是复线，且末端必须闭环，AT所不得闭环；（2）适用于各种短路形式，但测距精度一般。④吸馈电流比法。吸馈电流比法的特点：（1）供电臂必须是单线单AT区段；（2）无需专用通道；（3）只适用于T-R和F-R短路类型，对T-F短路无法测距。⑤横联线电流比法。横联线电流比法的特点：（1）故障类型不限，应用广泛，可对T-R、F-R和T-F等全部短路故障进行测距；（2）只适用于全并联AT供电模式，单线AT供电模式不适用；（3）测距原理不涉及AT自耦变压器漏抗和短路过渡电阻，测距精度较高。
3故障测距整定值修正方法
3.1前期阶段
前期阶段包含预可行性研究、可行性研究，主要完成对铁路项目的前期研究以及论证其建设的必要性，同时对各项经济技术指标进行对比，并完成估算。在技术方案的制定中，要选择全寿命周期成本较为经济的技术方案。该阶段是高速铁路牵引供电全寿命周期中十分重要的阶段，技术方案应以满足实际需要需求为出发点，兼顾资产运营期，对全寿命周期成本控制起到至关重要的作用。如供电方式选择、变压器容量选择、变电所户内外布置方式、接触网基础和支柱选型等，应进行全寿命周期分析。
3.2校正故障测距精度步骤
（1）设备状态确认。在测试前，需确认被测AT区段供电状态正常、所亭设备正常、测试时该区间内只有一辆电力机车或单负载设备运行。（2）电流采集装置安装。在测试之前，测试人员进入测试区段变电所、AT所和分区所安装电流采集装置，设备安装完毕后人员离所，仪器自动测量，采用钳形表间接测量，安全可靠，测试完毕后收回电流采集装置。（3）机车位置记录。测试人员登乘动态检测车车头，在机车通过测试区段时进行公里标录制。（4）数据分析。以京沪高铁为例，测试完毕后分析得出测试区间的电流分布示意图（表），最佳Q值Q-L表等。根据电流分布得出如图1所示吸上电流比与距离关系示意图，横坐标为离所的距离，纵坐标为吸上电流比比值。由该图可清晰看出吸上电流与区间距离直接的关系。
图1 吸上电流比与距离关系
3.3设备设施服役性状态评估阶段
为正确研判高铁供电设备设施存在的问题和风险，分析维护对策的合理性，有效提高源头质量问题的防控水平，应对前期方案进行全寿命周期检查及设备服役性状态评估，对设备设施的源头质量、维护质量进行全面审视和检验，掌握供电设备设施现状、预测供电设备设施总体变化趋势，积累牵引供电设备设施寿命周期的基础数据，建立大数据，为相关项目前期方案确定提供基础数据，同时为运营维修以及PHM提供基础数据，提高我国高铁供电设备设施建设和维护管理水平。
4效果和局限性
采用本文所述校正方法，2015年完成了京沪高铁的故障测距校正工作，京沪高铁故障测距精度从800m提升到300m以内；2016年9月，在新建沪昆高铁贵州至云南段系统联调联试中，利用短路试验对测距校正结果进行验证，短路试验3次T-R故障误差分别为5、10、121m，3次F-R故障误差分别为121、141、256m，创造高铁故障测距最好成绩；2016年11月，对沪昆高铁贵州段5个所进行全面短路试验，全面验证故障测距校正效果，其中T-R试验共进行10余次，最大测距误差均小于300m。另外，该故障测距系统存在以下局限性：（1）多点负载影响测试精度。基于该系统的测试原理，测试时需保证区间内只有一个负载点，即只有一列机车运行。但部分区段存在确认车对开、T接线、车站等导致带有其他负载的情况，使得测试数据无效。因此部分区段可能需要后期补测多次才能得到有效数据。（2）厂家提供的故障测距装置计算可能会影响故障测距显示精度。依照长昆线贵阳段5个变电所10多次的T-R短路试验验证来看，吸上电流比法故测误差与实测误差均小于300m。受故障测距装置故测结果影响，如区间判别错误、计算软件致使参数无法修正等原因，可能会影响测距显示精度。为防止该类问题，需要与厂家确认其计算方法，确保测试数据运用良好。（3）测试只针对T-R故障。该测试针对AT供电下的T-R故障准确度较高，对F-R故障具有指导意义，但无法应用于T-F故障，应用范围有一定局限性。
结束语
综上所述，中国高速铁路的发展突飞猛进，京沪高铁作为中国高铁的代表，对其运营8年来的庞大数据积累进行归纳总结，可以有效地指导其他高铁的建设与运营，从设计源头降低故障抢修的延时。
参考文献
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论文作者:汪洋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：电流论文; 故障论文; 高铁论文; 测试论文; 精度论文; 区段论文; 设备论文; 《电力设备》2019年第5期论文;