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(dòng)閉塞信號(hào)及車(chē)站負(fù)荷等提供電源。為了保證鐵路運(yùn)輸安全，對(duì)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(huì)導(dǎo)致自動(dòng)閉塞信號(hào)混亂，影響鐵路的正常運(yùn)輸，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成重大生命財(cái)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(shí)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(guó)鐵道配電網(wǎng)采用自動(dòng)閉塞和電力貫通線路(簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)閉塞、駝峰信號(hào)等一級(jí)負(fù)荷提供電源。自閉電力線路是指對(duì)自動(dòng)閉塞區(qū)段信號(hào)設(shè)備供電的10kV專(zhuān)用電力線路。貫通線是指連通鐵路沿線兩個(gè)相鄰變電所、配電所間的10kV或35kV電力線路，它主要對(duì)沿線的車(chē)站和區(qū)間負(fù)荷供電，兼做信號(hào)設(shè)備的備用電源。在我國(guó)，為了實(shí)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(jiǎn)化其示意圖如圖所示，它主要的特點(diǎn)有:(1)供電線路長(zhǎng)。 (2)供電點(diǎn)多，供電負(fù)荷小。 (3)系統(tǒng)接線形式簡(jiǎn)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(jí)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(chǎng)調(diào)查，自閉貫通線投入以來(lái)，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(dòng)物、風(fēng)季鐵絲、樹(shù)枝類(lèi)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(jì)起來(lái)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(niǎo)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(shí)，故障電流較小，并且三相線電壓仍然保持對(duì)稱(chēng)，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(shí)，有效地保證了系統(tǒng)供電的可靠性。但單相接地會(huì)引起非故障相的對(duì)地電壓升高，對(duì)設(shè)備絕緣構(gòu)成威脅，尤其是弧光接地引起的過(guò)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(chē)堵塞等事故，打亂運(yùn)輸計(jì)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(chē)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(shí)，主要采用人工拉合線法、巡線目測(cè)法、阻抗法、翻牌信號(hào)巡視法、手持探測(cè)器法及柱上單元編碼回送法等實(shí)現(xiàn)故障查找。由于自閉線路長(zhǎng)、自閉信號(hào)點(diǎn)多、開(kāi)關(guān)數(shù)量多，加之交通不便，使故障排除時(shí)間長(zhǎng)，影響自動(dòng)閉塞信號(hào)正常運(yùn)行。為此，本文對(duì)當(dāng)今應(yīng)用較廣泛的幾種測(cè)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(duì)它們?cè)谧蚤]貫通線中應(yīng)用的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。3、各種測(cè)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(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比。故障時(shí)，測(cè)距裝置由啟動(dòng)元件啟動(dòng)，測(cè)得故障時(shí)的電壓和電流等參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出故障回路的阻抗。由于線路長(zhǎng)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(shí)際應(yīng)用中由于故障的過(guò)渡電阻、分布電容、線路不完全對(duì)稱(chēng)，以及電壓、電流變換器誤差等因素的影響，使測(cè)距誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際使用的要求。阻抗測(cè)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(kāi)或重合時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)信號(hào)等等來(lái)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(cè)距法，這使提取及識(shí)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(shí)，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(cè)距中?？紤]自閉貫通線的混合線對(duì)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(jì)算后，再將計(jì)算得到的距離換算為實(shí)際故障距離。絕緣電阻測(cè)試儀 智能型電纜測(cè)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(shí)，可以人為地向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊電流信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)注入信號(hào)的路徑和特征來(lái)實(shí)現(xiàn)接地選線、測(cè)距和定位故障，稱(chēng)之為“S注入法”?！癝注入法”測(cè)距通過(guò)對(duì)注入端信號(hào)電壓的檢測(cè)，計(jì)算信號(hào)注入端到接地故障點(diǎn)之間的阻抗，從而實(shí)現(xiàn)故障查找與定位。"S注入法”測(cè)距與阻抗法在檢測(cè)到電壓電流信號(hào)后的處理方法是一樣的，都是通過(guò)電壓電流計(jì)算變電站(測(cè)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(hào)的檢測(cè)方法上。針對(duì)實(shí)際自閉貫通線，應(yīng)用“S注入法”測(cè)距時(shí)，為減小自閉貫通線的混合線路結(jié)構(gòu)和信號(hào)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(guò)人工手持探測(cè)器沿線查找或在線路上安裝檢測(cè)裝置指示線路中

9、是否流過(guò)注入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法可靠性較高，但耗時(shí)費(fèi)力，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今自動(dòng)化水平的要求。針對(duì)實(shí)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(hào)探測(cè)裝置，采集并實(shí)現(xiàn)對(duì)注入信號(hào)檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)傳輸，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)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(cè)距問(wèn)題，引入優(yōu)化方法、卡爾曼濾波技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、概率和統(tǒng)計(jì)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(zhuān)家系統(tǒng)等智能分析方法和手段?；谝?guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為智能化測(cè)距提供了新途徑，但目前還處于研究開(kāi)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(kāi)關(guān)（三級(jí)聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)或單極開(kāi)關(guān)）確定故障區(qū)段，此方法是故障查找人員在現(xiàn)場(chǎng)拉開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)，由相應(yīng)的配電室試送電，若成功，再打開(kāi)下一個(gè)高壓開(kāi)關(guān)，直到確定故障區(qū)段為止，此方法延長(zhǎng)了故障查找時(shí)間，而且要求故障搶險(xiǎn)人員對(duì)設(shè)備極為熟悉，克服操作高壓開(kāi)關(guān)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素；二是通過(guò)安裝在饋線上具有測(cè)量和通信功能的饋線終端(FTU)檢測(cè)各分段開(kāi)關(guān)處內(nèi)的電氣量，來(lái)進(jìn)行故障區(qū)段的判斷，實(shí)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(shí)間，例如北京供電車(chē)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(jí)開(kāi)關(guān) 區(qū)間分界點(diǎn)安裝分段開(kāi)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(duì)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(cè)量阻抗來(lái)進(jìn)行故障測(cè)距，可實(shí)現(xiàn)粗略地故障查找定位。但是，當(dāng)過(guò)渡電阻較大以及故障位于線路兩端時(shí)，誤差較大。由于采用兩端電氣量需借助通信通道實(shí)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(cè)量對(duì)端阻抗時(shí)需將對(duì)端斷路器合閘，在現(xiàn)實(shí)實(shí)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(duì)故障點(diǎn)反射波和對(duì)端反射波進(jìn)行識(shí)別;架空線和電纜混合線的行波過(guò)程較為復(fù)雜，但在不同區(qū)段發(fā)生單相接地故障時(shí)，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(cè)距精度不受站間負(fù)荷和過(guò)渡電阻的影響。在解決噪聲和互感器精度問(wèn)題后，可望實(shí)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(cuò)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(wèn)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(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)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(duì)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(duì)自