高速铁路接触网分布式故障诊断技术研究

高速铁路接触网分布式故障诊断技术研究

葛传超 贾淑珍 贾子敬

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000

摘要：通过分析高速铁路接触网分布式故障诊断技术，深入阐述诊断技术的精研故障判断、精准故障定位、精细故障录波、精确故障性质，介绍杭黄铁路短路试验验证分布式诊断技术方案，沪宁城际应用实例等内容，全面分析高速铁路接触网分布式故障诊断技术研究和应用情况，对高速铁路接触网故障诊断技术发展具有指导意义。

关键词：高速铁路；接触网分布式；故障诊断

1 引言

本文从探索如何获取接触网雷电特征参数和如何确定雷击故障位置出发，阐述了分布式接触网雷电在线监测及故障定位系统研发及应用。通过获得并初步分析接触网雷电流参数，掌握接触网雷击干扰的性质，进而实现接触网雷击故障点定位，可为运营设备抢修提供有效的指导意见，为雷击事故分析和处理提供原始依据。本研究成果也可为今后从理论层面深入研究牵引网雷电机理、建立分析模型、实施雷电危害差异化评估提供有效的技术手段和研究方向。

2 接触网智能附加导线

光纤植入技术是构建智能铁路系统中智能感知与智能传输部分的关键技术。智能铁路系统包括数百万个传感器，通过基于传感器的网络和数据分析，使企业能够及时收发信息，调整资源分配，实现最优调度。通过光纤植入的接触网智能附加导线，结合分布式光纤传感技术，及时提供接触网工作情况信息，对可能出现的危险情况进行预警，防止设备故障及事故发生。分布式光纤传感技术在提高接触网安全运行中的应用未来可期。

3 诊断技术分析

3.1 定位原理

高速铁路接触网线路发生故障产生的行波电流在故障点向两边传播，基于接触网线路两端同步采集的行波信号，利用双端行波定位原理，当行波电流到达监测A、B端时，对应时刻分别为t1和t1，则传播时间差为δt=| t1- t2 |，因此故障点到A监测端的距离L，其中L为两监测终端线路总长，v为行波电流在接触网线路中的传播速度。

3.2 故障点位置分析

线路发生跳闸，故障点电流行波从故障点传到AT所与故障点传到无锡东变电所差为ΔT为99.5us，因此可判断故障点距离牵引所设备安装点为7.21km，由于牵引所安装设备距上网点（K106.605）距离为0.69km，所以故障点距离上网点为6.52km，对应公里标为K113.118，对应支柱为无锡新区站37#。

4 关键技术创新

4.1 接触网网上雷电流信号

实现接触网网上雷电流信号的直接采集，并可采集到因故障电流产生的网上故障行波信号，并可完整存储、远程传输雷电流相关信号，系统主机获得完整的雷电流波形、绝对时间参数等特征数据，可靠地实现接触网雷电信号采集与定位功能。解决了牵引网线路即接触网上雷电特征参数无法采集和雷电致接触网绝缘故障时位置难以精确判定的技术难题，且为接触网雷电性质的判别提供了基础工具、手段，为进一步研究牵引网雷电形成规律和机理提供了思路。本系统可根据所采集的故障电流行波信号，运用A型B型行波测距法的组合式定位方法，克服单一行波测距方法带来的行波速度固有误差等不足，通过综合分析采集存储的数据得出故障点位置，误差精度完全满足工程化要求，达到设计方案和验证的预定目标。应用本装置可实现精确的故障定位功能，改进既有接触网故障点标定精度的不足，为运营设备的抢修和管理决策提供有效的指导意见，为雷击事故分析和处理提供科学依据。设备结构合理，安装使用简便，工艺先进，工程化措施齐备，可适应接触网严苛的工作环境，满足接触网线路工作环境下长期稳定在线运行要求。系统克服了线路上常规在线监测设备无法适应牵引网电流剧烈波动带来电源获取难题，可实现全天候24h连续运行要求（免维护）；耐受接触网短路或雷电短路电流冲击，可靠性高。

4.2 试验验证

2018年10月新建杭州至黄山铁路联调联试期间，在接触网短路试验项目同步开展了高速铁路接触网分布式故障诊断系统试验验证。在杭黄铁路建德东牵引变电所、廷章AT所、文昌西AT分区所T/F相供电线上安装监测终端。短路试验采用金属性接地试验、非金属性接地试验（树枝和小动物）类型，在供电臂第1AT段和第2AT段共计进行7次短路试验。根据现场设备采集波形计算故障点位置，与实际故障点对比。　　

通过高速铁路接触网分布式故障诊断系统定位的故障点位置与实际试验设置的故障点位置吻合，平均定位误差在100ｍ（两个接触网跨距）以内；系统对于不同接地方式的故障具有良好的适应性，其定位精度不受接地方式的影响；故障原因辨识基本能够有效区分接触网上发生的故障类型，更精细的故障原因辨识方法尚需数据积累。

4.3 系统功能

目前，对接触网的监测主要以接触网机械结构的状态监测为主，根据监测内容和监测目的的不同大致归类为以下几种：接触网断线监测；接触网振动监测；接触网温度监测；接触网风偏量监测；接触网覆冰监测。分布式接触网智能附加导线监测系统不仅可以实现上述监测功能，还可以采集雷电、高温、冰冻、大风等条件下接触网的大量运行数据，分析接触网运行状态，掌握工作规律，为设计质量的提高奠定技术基础。

4.4 加大继电保护投入

随着科学技术的发展，为了顺应发展的趋势，电力系统的继电保护设备也需要更新，同时新技术的引进也至关重要。首先，需要在装置投运后对其进行维护和保养，也要考虑选择继电保护装置的类型，配备技术性较高的装置设备。其次，对电力系统中使用的设备要进行完善和优化，以保证电力系统的继电保护的安全性和有效性。做好日常维护工作，在电力系统的继电保护过程中，一些问题的出现存在未知性，出现的故障时间和原因都无法快速确定，对部分问题的分析缺少依据。因此，应该增加系统设备检查和维修的次数，缩短检查的周期，主要对一些容易出现故障的地方加强检查力度，提前检查出问题并做好防预措施，以保证设备的正常工作。工作人员要加强维护工作，设备的维护和保养工作对其运行的效率有很大影响，如果可以将设备的维修工作做到真正落实，及时发现问题，就能够为继电保护工作的进行做好保障。

5 结语

智能铁路是中国铁路未来发展的方向，构建由智能供电设备、智能供电调度、智能供电运行管理、通信网络等组成的智能供电系统，可实现智能故障诊断、预警、自愈改造等功能。智能供电系统的接入系统已纳入我国智能化铁路的发展战略和总体框架。

参考文献

[1]中华人民共和国国家铁路局.高速铁路设计规范[M].北京:中国铁道出版社，2015．

[2]中华人民共和国国家铁路局.铁路电力牵引供电设计规范[M].北京:中国铁道出版社,2016．

[3]输电线路分布式故障诊断系统GB/T 35721-2017 [G],中国标准出版社,2017．