鐵路配電網(wǎng)絡(luò)單相接地故障定位診斷研究

1、鐵路配電網(wǎng)絡(luò)單相接地故障定位診斷研究1、 前言當(dāng)今，電氣化鐵路以其高速、重載、環(huán)保的優(yōu)勢受到世界各國的青睞。我國預(yù)計到2020年，鐵路營業(yè)里程將達(dá)到12萬km以上，其中電氣化鐵路比重將達(dá)到60?？上攵?，對電氣化鐵路的穩(wěn)定可靠供電是多么重要，其中鐵路配電網(wǎng)作為鐵路電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)對鐵路車站及區(qū)間的信號、通信和其他重要負(fù)荷供電，其供電的可靠性直接關(guān)系列車的安全運(yùn)營，對鐵路系統(tǒng)至關(guān)重要?，F(xiàn)如今高速度的電氣化鐵路機(jī)車功率高、行車密度大，給擔(dān)負(fù)其供電任務(wù)的沿線電網(wǎng)帶來了更高的要求，對應(yīng)的配電網(wǎng)可靠性給出了更高的要求，于是以往電氣化鐵路配電網(wǎng)故障的人工定位更加跟不上發(fā)展的需求，快捷、智能、可靠的

2、故障定位實(shí)現(xiàn)迫在眉睫。2、 鐵路配電網(wǎng)絡(luò)單相接地故障定位研究現(xiàn)狀鐵路供電系統(tǒng)分為兩部分：1.為提供鐵路行車提供電源牽引供電系統(tǒng)；2.承擔(dān)牽引供電以外的所有鐵路負(fù)荷的供電任務(wù)，包括信號系統(tǒng)、生產(chǎn)、車站、供水系統(tǒng)以及生活等鐵路用電負(fù)荷。我們把后一部分叫做鐵路配電網(wǎng)，隨著社會的進(jìn)步、科技的騰飛，鐵路技術(shù)進(jìn)步以及鐵路安全運(yùn)輸?shù)男枨螅瑢Ω咝?、智能、可靠的鐵路配電自動化呼聲越來越高。而鐵路配電網(wǎng)故障定位作為其中重要保證的一部分，勢必提出了較地方配電網(wǎng)更高的要求。針對于一般地方配電網(wǎng)絡(luò)（6-35kv），即小電流接地系統(tǒng)，單相接地故障占主要部分1，許多學(xué)者對其故障定位問題做了大量研究 ,主要可以概括為三類:一

3、類是以在線路端點(diǎn)處測量故障距離為目的的故障測距法;一類是故障發(fā)生后通過向系統(tǒng)注入信號實(shí)現(xiàn)尋跡的信號注入法2；還有一類是利用戶外故障探測器檢測的故障點(diǎn)前后故障信息的不同確定故障區(qū)段的戶外故障點(diǎn)探測法；也有學(xué)者提出了基于地理信息系(gis）的故障定位方法，其大多是針對單相接地故障的定位方法。10-12現(xiàn)在就原理及其對應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)羅列如下：1. 阻抗法，其具有投資少的優(yōu)點(diǎn) ,但受路徑阻抗、線路負(fù)荷和電源參數(shù)的影響較大,對于帶有多分支的配電線路,阻抗法無法排除偽故障點(diǎn),它只適合于結(jié)構(gòu)比較簡單的線路。2. 行波法，其由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,混合線路接頭處,線路分支處和負(fù)荷處均為波阻抗不連續(xù)點(diǎn),行波在波阻抗不連

4、續(xù)點(diǎn)的折射和反射造成線路一端測得的行波波形將特別復(fù)雜,很難正確識別出故障點(diǎn)的反射波,使測距實(shí)現(xiàn)困難。3. s注入法3，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于其適合于線路上只安裝2相電流互感器的系統(tǒng)。其缺點(diǎn)在于：注入信號的強(qiáng)度受 pt容量限制；接地電阻較大時線路上分布電容會對注入的信號分流,給選線和定點(diǎn)帶來干擾；如果接地點(diǎn)存在間歇性電弧現(xiàn)象,注入的信號在線路中將不連續(xù),給檢測帶來困難。4. 加信傳遞函數(shù)法，其對中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有測距結(jié)果不受負(fù)載參數(shù)變化影響的優(yōu)點(diǎn)。但由于其取地模網(wǎng)絡(luò)做為故障定位信息依據(jù),不能解決只存在線模分量的相間短路故障的定位問題。5. 端口故障診斷法，其優(yōu)點(diǎn)是故障診斷測后工作量小,適用于較大網(wǎng)絡(luò)

5、的故障診斷,缺點(diǎn)是分支上的故障點(diǎn)位置只能歸結(jié)為分支與主支的聯(lián)接點(diǎn),確切故障距離無法確定,且采用線路兩側(cè)信息,需要數(shù)據(jù)通信,實(shí)用性不強(qiáng)。6. 戶外故障點(diǎn)探測法4，這種方法分為人工探測和線路節(jié)點(diǎn)加裝故障探測器兩種，人工必然會延時低效，而加裝故障探測器必須對數(shù)據(jù)通信有所依賴?？傊?，到目前為止，沒有一種單一原理能夠徹底解決配電網(wǎng)的單相接地故障定位。自然有學(xué)者提出將多種判據(jù)集成來實(shí)現(xiàn)故障定位，在多判據(jù)的情況下往往多少依賴于數(shù)據(jù)通信，由于其高可靠性的要求通信通道往往是要求專用的，故投資可觀，所以此種方法還是不太理想。鐵路電力系統(tǒng)工作于電力網(wǎng)末端，為i級用戶，電壓等級為10kv ,屬于供配電環(huán)節(jié)，鐵路配電網(wǎng)

6、除具備地方配電網(wǎng)的特點(diǎn)外，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行，具有供電線路長、供電點(diǎn)多、維護(hù)困難等特點(diǎn)。同時，其線路結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式與地方電網(wǎng)相比有較大差別。因此，在鐵路電力系統(tǒng)自動化過程中除了要借鑒對地方配電網(wǎng)已有的研究經(jīng)驗外，還需要探索一些專用方法。5-8鐵路供電分為牽引供電(27kv)和配電(10kv),雖然我們在研究配電網(wǎng)故障定位但牽引供電網(wǎng)是可以利用的，原因是牽引供電網(wǎng)的獨(dú)有結(jié)構(gòu)。在我國電氣化鐵路主要牽引供電方式是bt和at供電方式，不管哪種供電方式，鐵路沿線是設(shè)立牽引變電站的，一般是每隔50千米一個，變電站之間有開閉所等。尤其是其變電站正在往自動化和智能化快速推進(jìn)，故建立在scada基礎(chǔ)上的自動化變電

7、站或者稱作數(shù)字化變電站很有希望同時完成對配電網(wǎng)的適當(dāng)故障定位，甚至是在線完成的。這里有個前提就是配電網(wǎng)在物理上是和牽引供電網(wǎng)有緊密聯(lián)系的，即對經(jīng)過牽引變電站的配電線路完成故障定位功能，所以基于gis9故障定位雖然所需一次投入費(fèi)用較高，但其實(shí)用價值還是可觀的，而且我認(rèn)為gis的發(fā)展及完善距離我國并不遠(yuǎn)。3、 總結(jié)針對于10kv的鐵路配電網(wǎng)，線路分支多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；故障接地電阻大，存在間歇性電弧；總體長度長，對地電容大。從而使得其故障電流微弱、故障電弧不穩(wěn)定，現(xiàn)有的無論哪種單一測距原理準(zhǔn)確定位都難以實(shí)現(xiàn)。電氣化鐵路作為世界的大動脈，對其配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行有著重大意義。面對這樣的矛盾，要么發(fā)現(xiàn)新的故

8、障定位原理，要么將以上方法優(yōu)化組合形成多判據(jù)法，但要求有效和適用，再或者依托以gis為例的信息網(wǎng)羅技術(shù)來定位。與此同時，作為最不利情況下的考慮，即總有裝置損壞的時候，人工的故障定位設(shè)備的研究也要繼續(xù)，向著輕攜，方便，智能，高效的方向發(fā)展。基于以上種種情況，都需要對某種原理進(jìn)行完善，筆者對加信傳遞函數(shù)法看好，因為它正好躲過了配電網(wǎng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)這一難題，對于其無法解決相間故障定位雖然是缺陷，但配電網(wǎng)相間故障情況少而且相間故障定位利用其它原理很容易實(shí)現(xiàn)。13-144、 參考文獻(xiàn)1. 張松，孫偉，陳文針. 消弧線圈自動調(diào)諧的研究. 高壓電器，1999(2)：3-7.2. 翁韶芳.小電流接地系統(tǒng)饋線單相接地

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