論鐵路10kv供電系統(tǒng)中自閉貫通線路故障查找方法

1、論鐵路10kv供電系統(tǒng)中自閉、貫通線路故障查找方法李揚(yáng)摘要:在鐵路電力供電系統(tǒng)中，自閉和貫通電力線路為鐵路沿線自動閉塞信號及車站負(fù)荷等提供電源。為了保證鐵路運(yùn)輸安全，對自閉貫通線的可靠性和故障快速排除的要求很高，如產(chǎn)生供電中斷，將會導(dǎo)致自動閉塞信號混亂，影響鐵路的正常運(yùn)輸，嚴(yán)重時將會造成重大生命財產(chǎn)損失。因此，為了避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，提高配電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須盡快找到故障點(diǎn)并排除故障。本文結(jié)合工作中的實際情況快速確定故障區(qū)段，合理利用阻抗法、行波法、S注入法的各種優(yōu)點(diǎn)，為快速查找故障和處理故障提供了有利保障。關(guān)鍵詞:自閉貫通線;阻抗法;行波法;S注入法；故障區(qū)段1. 自閉貫通線路特

2、點(diǎn)我國鐵道配電網(wǎng)采用自動閉塞和電力貫通線路(簡稱自閉貫通線)為鐵路系統(tǒng)調(diào)度集中、大站電氣集中聯(lián)鎖、自動閉塞、駝峰信號等一級負(fù)荷提供電源。自閉電力線路是指對自動閉塞區(qū)段信號設(shè)備供電的10kV專用電力線路。貫通線是指連通鐵路沿線兩個相鄰變電所、配電所間的10kV或35kV電力線路，它主要對沿線的車站和區(qū)間負(fù)荷供電，兼做信號設(shè)備的備用電源。在我國，為了實現(xiàn)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地供電，鐵路自閉貫通配電網(wǎng)在系統(tǒng)構(gòu)成和功能上與常規(guī)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)有所區(qū)別，自閉貫通線簡化其示意圖如圖所示，它主要的特點(diǎn)有:(1)供電線路長。 (2)供電點(diǎn)多，供電負(fù)荷小。 (3)系統(tǒng)接線形式簡單，但線路為架空線和電纜混合線路。

3、(4)運(yùn)行環(huán)境差，地區(qū)偏遠(yuǎn)，日常維護(hù)困難，一旦故障發(fā)生，其維修較困難。(5)電壓等級低，變(配)電所結(jié)構(gòu)單一，但供電可靠性要求高。京哈線通薊自閉、貫通區(qū)段2.自閉貫通線路故障定位的意義及研究現(xiàn)狀據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，自閉貫通線投入以來，各種故障屢有發(fā)生，如線路上瓷瓶、懸垂的絕緣子由于各種原因，經(jīng)常遭受破壞，有的明顯，有的隱蔽；避雷器數(shù)量多，造成擊穿的機(jī)率較大；10 kV電纜絕緣薄弱，北方地區(qū)溫差大和電纜運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，電纜頭常發(fā)生擊穿故障；小動物、風(fēng)季鐵絲、樹枝類常被刮到線條或變壓器上引起接地或短路；氣溫驟然降低造成線條斷線等。統(tǒng)計起來自閉貫通線的短路故障有三相短路、兩相短路、單相接地短路，其中90%

4、以上的故障是單相接地故障。線路上的鳥筑巢造成線路跳閘 線路上的懸式絕緣子遭到破壞線路上的電纜故障 電路故障點(diǎn)查找由于自閉貫通線采用中性點(diǎn)不接地的方式，屬于小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)自閉貫通輸電線路發(fā)生單相接地時，故障電流較小，并且三相線電壓仍然保持對稱，不影響向負(fù)荷供電,電力系統(tǒng)安全規(guī)程落規(guī)定允許繼續(xù)運(yùn)行 2小時，有效地保證了系統(tǒng)供電的可靠性。但單相接地會引起非故障相的對地電壓升高，對設(shè)備絕緣構(gòu)成威脅，尤其是弧光接地引起的過電壓高達(dá)數(shù)倍甚至數(shù)十倍相電壓，極易造成兩相或三相短路事故，直接影響正常供電，造成列車堵塞等事故，打亂運(yùn)輸計劃，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。輸電線路發(fā)生單相接地因此，為保證鐵路運(yùn)輸安全以

5、及沿線車站設(shè)備的正常運(yùn)行，要求盡快找到故障點(diǎn)并排除故障，及早恢復(fù)故障區(qū)域的供電，提高配電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。然而在設(shè)備裝置方面，目前大部分配電所內(nèi)僅裝設(shè)了老式繼電保護(hù)裝置，當(dāng)線路發(fā)生故障，特別是單相接地故障時，主要采用人工拉合線法、巡線目測法、阻抗法、翻牌信號巡視法、手持探測器法及柱上單元編碼回送法等實現(xiàn)故障查找。由于自閉線路長、自閉信號點(diǎn)多、開關(guān)數(shù)量多，加之交通不便，使故障排除時間長，影響自動閉塞信號正常運(yùn)行。為此，本文對當(dāng)今應(yīng)用較廣泛的幾種測距方法的適用范圍及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，包括阻抗法、行波法、S注入法、智能法和區(qū)段查找法，并分別對它們在自閉貫通線中應(yīng)用的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。3、各種測距/定

6、位方法的適應(yīng)性分析3.1阻抗法及其適應(yīng)性分析阻抗法的原理基于輸電線路為均勻線的假設(shè)，即假設(shè)故障回路阻抗或電抗與測量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比。故障時，測距裝置由啟動元件啟動，測得故障時的電壓和電流等參數(shù)，進(jìn)而計算出故障回路的阻抗。由于線路長度與阻抗成正比，因此可以求出由裝置安裝處到故障點(diǎn)的距離。但實際應(yīng)用中由于故障的過渡電阻、分布電容、線路不完全對稱，以及電壓、電流變換器誤差等因素的影響，使測距誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際使用的要求。阻抗測距法大多應(yīng)用于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)。3.2行波法及其適應(yīng)性分析行波法是利用高頻故障暫態(tài)電流、電壓的行波或故障后用脈沖頻率調(diào)制系統(tǒng)以及斷路器斷開或重合時產(chǎn)生的暫態(tài)信號等等來間接

7、判定故障點(diǎn)的位置。自閉貫通線混合線及站間負(fù)荷造成了線路上的特性阻抗不連續(xù)，行波將在阻抗不連續(xù)處發(fā)生反射、折射，由于自閉貫通線單端供電方式使得其只能采用單端型行波測距法，這使提取及識別故障點(diǎn)產(chǎn)生及反射的行波的難度加大?？煞治龉收习l(fā)生在不同的區(qū)段時，行波經(jīng)波阻抗不連續(xù)點(diǎn)反射及折射后產(chǎn)生的特征，總結(jié)其規(guī)律，將行波法應(yīng)用于自閉貫通線測距中?？紤]自閉貫通線的混合線對波速的影響，可將架空線和電纜進(jìn)行波速單一化，即將電纜按行波在架空線及電纜中傳播的波速比歸算為架空線，按等效線路計算后，再將計算得到的距離換算為實際故障距離。絕緣電阻測試儀 智能型電纜測距儀3.3 "S注入法”及其適應(yīng)性分析在系統(tǒng)發(fā)生

8、單相接地時，可以人為地向系統(tǒng)注入一個特殊電流信號，通過檢測注入信號的路徑和特征來實現(xiàn)接地選線、測距和定位故障，稱之為“S注入法”?！癝注入法”測距通過對注入端信號電壓的檢測，計算信號注入端到接地故障點(diǎn)之間的阻抗，從而實現(xiàn)故障查找與定位。"S注入法”測距與阻抗法在檢測到電壓電流信號后的處理方法是一樣的，都是通過電壓電流計算變電站(測量點(diǎn))到接地故障點(diǎn)之間的電抗，它們的區(qū)別在于信號的檢測方法上。針對實際自閉貫通線，應(yīng)用“S注入法”測距時，為減小自閉貫通線的混合線路結(jié)構(gòu)和信號電源點(diǎn)變壓器的影響，擬采用的解決方案與阻抗法相同。故障定位通過人工手持探測器沿線查找或在線路上安裝檢測裝置指示線路中

9、是否流過注入信號來實現(xiàn)。這種方法可靠性較高，但耗時費(fèi)力，無法適應(yīng)當(dāng)今自動化水平的要求。針對實際自閉貫通線，可考慮應(yīng)用通信技術(shù)，在自閉貫通線上安裝信號探測裝置，采集并實現(xiàn)對注入信號檢測結(jié)果的自動傳輸，實現(xiàn)故障的自動定位。故障定位儀器組 故障定位變壓器故障定位查找3.4智能法及其適應(yīng)性分析為解決故障測距問題，引入優(yōu)化方法、卡爾曼濾波技術(shù)、模式識別技術(shù)、概率和統(tǒng)計決策、模糊理論、模擬退火算法、分形分維分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能分析方法和手段?；谝?guī)則的專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為智能化測距提供了新途徑，但目前還處于研究開發(fā)階段。4、故障區(qū)段查找法及其適應(yīng)性分析目前鐵路電力線路故障區(qū)段查找方

10、法有兩種：一是人工拉合線路高壓開關(guān)（三級聯(lián)動開關(guān)或單極開關(guān)）確定故障區(qū)段，此方法是故障查找人員在現(xiàn)場拉開高壓開關(guān)，由相應(yīng)的配電室試送電，若成功，再打開下一個高壓開關(guān)，直到確定故障區(qū)段為止，此方法延長了故障查找時間，而且要求故障搶險人員對設(shè)備極為熟悉，克服操作高壓開關(guān)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素；二是通過安裝在饋線上具有測量和通信功能的饋線終端(FTU)檢測各分段開關(guān)處內(nèi)的電氣量，來進(jìn)行故障區(qū)段的判斷，實現(xiàn)故障區(qū)段的判斷和迅速隔離，在一定程度上減小了故障影響范圍，縮短了故障查找時間，例如北京供電車間管內(nèi)東北環(huán)昌雙貫通黃土店站安裝的桿上斷路器饋線終端。 拉合線路的三級開關(guān) 區(qū)間分界點(diǎn)安裝分段開關(guān)5、結(jié)論

11、本論文在調(diào)研自閉貫通線的特點(diǎn)及其故障定位的研究現(xiàn)狀，對各種故障查找與定位原理在自閉貫通線中的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。得到以下結(jié)論:(1)利用兩端測量阻抗來進(jìn)行故障測距，可實現(xiàn)粗略地故障查找定位。但是，當(dāng)過渡電阻較大以及故障位于線路兩端時，誤差較大。由于采用兩端電氣量需借助通信通道實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，受系統(tǒng)通信技術(shù)的限制，另外，由于測量對端阻抗時需將對端斷路器合閘，在現(xiàn)實實施中受一定限制。 (2)將行波法應(yīng)用于自閉貫通線的故障查找定位應(yīng)充分考慮自閉貫通線的特點(diǎn)。將線模分量和零模分量相結(jié)合可對故障點(diǎn)反射波和對端反射波進(jìn)行識別;架空線和電纜混合線的行波過程較為復(fù)雜，但在不同區(qū)段發(fā)生單相接地故障時，仍存在明顯的規(guī)律，可以判斷故障發(fā)生區(qū)段;行波法測距精度不受站間負(fù)荷和過渡電阻的影響。在解決噪聲和互感器精度問題后，可望實用。(3)可將“S注入法”應(yīng)用于自閉貫通線的故障定位，借鑒傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)特性及容錯機(jī)制，構(gòu)建基于注入法的自閉貫通線的故障定位系統(tǒng)。"S注入法”的應(yīng)用，可有效地解決單相接地故障電流數(shù)值小、信噪比小的問題，可望全面解決自閉貫通線單相接地故障查找困難、排除時間長的問題，且系統(tǒng)定位精度高，適用性廣，可望有一定的應(yīng)用前景?？傮w而言，本論文粗略地對阻抗法及行波法在自閉貫通線的應(yīng)用進(jìn)行了探討，針對自