影响大秦线故障测距准确性的原因分析和对策探讨

【摘 要】通过对大秦线故障点标定装置测距准确性的调查、分析，采用继电保护起动原理，解决了既有故标装置在多支路情况下无法判断故障方向的问题，采用“电抗法”测距原理进行测定距离、故障指示器指示方向等多种测距方式进行组合，通过综合分析，判定故障发生位置，提高了大秦线故障测距准确性的问题，缩短了故障查找时间，现场应用效果良好。采用增加修正系数的方法，解决供电线较长造成的故障测距误差大的问题。

【关键词】大秦线；故障测距；多方式；准确性

1 引言

大秦线是我国一条重要的重载货车通道，随着大秦铁路运输能力的快速提升，2010年大秦线年运输任务已突破4亿吨大关，在这样的运输形势下，必须尽可能的压缩故障停电时间，一旦发生故障，长时间停电进行检查，势必对运输任务的顺利完成造成影响，为此提高故障测距的准确性，以便迅速、准确地找到故障发生位置，为快速、及时地排除故障赢得时间，显得极为重要。

2 影响故障点标定装置测距准确性的原因分析

通过对大秦线故障点标定装置（以下简称故标装置）的准确性调查、分析，发现影响大秦线故标准确性的原因主要有：

2.1 站场股道多，接触网电位电抗计算不准确

大秦线湖东站、茶坞站等站场供电方式均为直接供电方式，故障测距采用的“电抗法”原理进行测距的，测距公式为：L=X/X0。

式中：X为故障电抗；X0为接触网单位电抗。

受站场股道影响，目前接触网单位电抗难度太大，无法计算准确，导致故标装置产生误差。

2.2 既有故障测距原理导致在多支路情况下无法判别故障发生方向

接触网多支路的情况主要发生在站场，每个车站都有多条股道，少则5、6股道，多则十几股道，尤其是大型编组站，股道数可能达到几十条，一旦接触网发生故障，现有的故障点标定装置（以下简称故标装置），虽然能够计算出故障点距离牵引变电所的距离，但往往误差较大，如果能判断出是哪个股道路出现故障，就缩小故障查找范围，以弥补测距误差的影响。

但是根据现有的故标测距原理分析，无论是AT供电方式下的“上、下行电流比” 测距原理、“AT中性点吸上电流比” 测距原理、 “吸馈比” 测距原理，还是直供方式下的“电抗逼近法”测距原理，均是根据故障电流是从电源侧流向故障点的原理进行计算的。实际上，站场接触网是在牵引变电所馈线上网点之后开始分股道路供电的，而牵引变电所的故标装置电流采集均来自牵引变电所的馈线电流互感器，因此故标装置只能判断出从哪个电流互感器流向故障点的，每条馈线只对应T、F线各一台电流互感器，也就是说只能判断出是哪条馈线发生了故障，而无法判断具体是哪个股道上接触网发生故障。

2.3 接触网分相位置距离变电所位置较远对故障测距准确性的影响

由于受坡道、弯道路、隧道等的影响，大秦线多处接触网分相位置距离变电所位置较远，其中最远一处距离变电所达5km，导致变电所上网点的位置不在供电臂的始端，这样就形成了供电臂为两个支路的情况。

这种情况与车站接触网类似，故标装置同样也不能准确判断故障发生的方向。但与车站不同的是，这种情况只有两个方向，而且两个方向供电距离一般情况下也不相同，如图一，A、B间距离小于B、C间距离，如果故障指示距离大于A、B两点间距离，则表明故障点应在B、C间，一旦故障距离小于A、B间距离，则无法准确判断故障方向。这种情况下只能向两个方向巡视，故障查找时间长。

2.4 供电臂末端供电线较长对故障测距精度的影响

这种方式下对测距的影响比较隐蔽，往往不容易发现。

根据“上、下行电流比”故障测距原理，故障点距离变电所长度为：

该计算公式是基于上、下行距离均等、阻抗均衡的条件下的。

式中：I1为故障时刻上行馈线电流；I2为故障时刻下行馈线电流；D为供电臂长度

假设故障发生在上行供电臂上。

我们可将此公式还原为：母线电压U=L・X0・I1=（2D-L）I2・X0

式中：X0为线路单位电抗。

当线路上、下行的单位电抗不同，则当故障发生时，母线电压U=L・X0・I1=（2D-L）I2‘・X0‘，当X0‘比X0增大时，I2‘比I2减小，也就是说当X0‘增大时，其分流作用也相应增大，从而使流过该馈线的电流变小。

如果供电臂末端，也就是分区所的位置与接触网分相位置距离较远时，则分区所至接触网上网点间所用供电线线材的单位电抗一旦与接触网的单位电抗不同，就会影响故标装置的测距精度。而一般情况下，供电线的线材与接触网所用线材不同，且单位电抗比接触网的单位电抗要大。

这样，供电臂末端的供电线就相当于是在原有的线路上增加了一个支路，起了分流作用，从而使含有该支路的馈线电流变小，当故障点距离变电所较近，即不超过去3 km时，上、下行电流的比值min（I1，I2）/（I1+I2） 很小，误差不明显，随着故障点距离最离变电所的增大，上、下行电流的比值min（I1，I2）/（I1+I2）也在不断增大，导致误差随之增大，在分区所上网点处达到最大值，后导致故障测距发生误差。

3 针对性措施

3.1 研制故障方向指示器，解决故障方向的判断问题。

为解决接触网多支路给故障测距带的的无法判断故障方向的问题，利用钳形电流表的原理、微机保护原理，研制了一种小型的、可悬挂于接触网上故障方向指示器。利用钳形电流表的原理来进行电流采集，采集到电流后，利用牵引变电所微机保护原理，对数据进行分析，以故障发生时的电流、电压为判定条件，设定起动值，当装置起动后，翻红牌显示故障方向。为不影响列车运行，该指示器可安装于岔路或上网点附近各方向接触网承力索上。

当线路发生故障时，对应故障方向的故障指示器发出故障信息，起动故障指示器，而其他方向的故障指示器则不起动，从而快速判明故障方向。以秦东上、下联为例，在A、B、C、D四点各悬挂一个故障方向指示器。

正常情况下，故障方向指示器有一白色小牌，当线路发生故障时，电流会发生突变现象，而突变量达到一定量时起动出口继电器，翻红牌显示，同时发出无线信号。红牌可采用延时复归，以巡视人员到达指示器位置所需时间为依据，留有一定裕度进行设定。无线信号即可发送至变电所的后台上，也可发送于相关专业技术人员的手机上，以便于相关技术人员及时掌握故障信息，快速行动。

3.2 综合测距数据分析提高故障测距的准确性

通过故障方向指示器与电抗法测距原理配合使用提高故障测距的准确性。即先通过故障方向指示器判断出故障方向，然后再根据既有馈线保护测控装置投入的电抗法测距原理测出的故障距离，综合分析后，以提高故障点判断有准确性。 3.3 增加修正系数，解决误差大的问题

为解决供电臂末端供电线较长影响故障测距精度的问题，可根据供电线使用线材情况，计算出单位电抗，然后与接触网单位电抗进行比较，根据比较结果，对上、下行电流比原理的公式进行修正，即增加修正系数，也可根据供电臂长度与上、下行电流比值的关系，反推，确定修正系数。修正后的公式为：

4 结论

通过使用故障方向指示器，解决了供电臂上有多支路情况下无法判断故障方向，同时结合既有故标装置测定距离的功能进行综合测距，提高故标装置的准确性，大大缩短了故障查找时间；但对于站场单位电抗计算的准确性还有待进一步研究。

故障方向指示器已于2013年应用于秦北变电所秦东上、下联215、216馈线上，经过近1年的运行，该示器能够正确指示故障发生方向。

关于采用增加修正系数的方法，解决供电线较长造成的故障测距误差大的问题，目前尚未通过实际跳闸数据进行进一步的验证。