地铁接触网故障测距实现探讨

2020-06-28方海华

中国设备工程 2020年7期

方海华

（上海轨道交通设备发展有限公司，上海 200245）

对于地铁接触网而言，在对其进行故障的分析与处理时，需要通过对相关实际情况的准确分析与判断，在对其管控效率进行提升的同时，确保其所选用测距方法的科学性，以采取最为高效的方法进行地铁接触网的故障测距，从而提升地铁运行的安全性，避免安全隐患的出现，保障居民的安全出行。

1 地铁接触网故障测距装置的构成

在实际应用的过程中，一个完整的行波测距装置通常需要具备有多种功能，比如，配备有供用户进行选择的多种启动方式；能够在发生异常时出发信号的自检功能；可以在停电时，对以采集数据进行保存的能力；自动显示故障测距结果；通讯功能；远程数据交换功能；必要的防静电以及电磁干扰功能等，并且其自身还要具备相应的精确性、适用性以及便捷性。同时，一般的地铁接触网故障测距装置主要有行波数据采集系统、通信网络、行波后台综合分析系统以及远程维护系统组成，而其每个主组成部分的主要功能如下。

（1）行波数据采集系统。其作为地铁接触网故障测距装置的主要构成部分，是由电流传感器、低速板、高速板、主板、电源开关等设备所构成的。而行波数据采取系统在运行的过程中，可以通过电流传感器来对二侧的电流信号进行转换，并使其成为板所需要的电压信号；低速板则可以用于对故障的发生进行判断，并对板与高速板进行触发；高速板则可以对设备运行过程中所接收的故障数据进行采集与记录；主板则是对故障数据进行储存以及承担设备内部相关硬件的协调与管理工作，同时为故障记录添加时间标签。

（2）通信网络。在实际应用的过程中，地铁接触网故障测距装置需要具备有标准的以太网接口，并且其内部搭载有网络通信协议，支持公众电话网、专线、电力数据网通信等多种通信方式，并且在实际应用的过程中，其所应用的具体通信模式是由其所面临的实际状况等现场因素所决定的。

（3）行波后台综合分析系统。该系统能够对当前设备的故障数据进行处理，并且其内部包含有小波变换分析故障数据软件等内容，可基于对设备两端所产生的故障数据文件进行处理，来完成对故障位置的自主判断与定位。而后产生相应的故障数据文件，并结合与测距终端之间的通信，使其测距的结果以及历史故障等内容显示到终端上，在实现了对故障数据的实时统计、实时查询等功能的统率，还具备有打印功能。

（4）远程维护系统。其主要PC 机所组成，可以在装置内部系统运行的过程中，通过与其他设备之间的网络通信来获取当前设备运行过程中所产生的暂态启动报告，并且其自身的应用也使得远程配置、故障诊断等功能予以实现。

2 地铁接触网故障测距的实现

2.1 地铁接触网故障的理论基础

在进行地铁接触网故障测距的过程中，其主要是与行波的相关理论所关联的。而且当前的地铁接触网故障测距技术，也都是基于行波理论设计而成的行波故障测距法，而行波则是指波在对应介质中自身传播时的前行。波速则指的是其自身的传播线路长度与传播时间所形成的比值，其可以通过与对电压波以及电流波进行表述的波阻抗，来完成对行波的计算与测量。

以单根无限长的架空输电线等值电路为例，假设代表导线以大地为回路的单位长度电感值为 0L，而 C0则代表导线单位长度对地电容值，在忽略导线以及大地的电阻时， 0L 与 C0可以分别运用以及这两个公式进行计算。而且对于行波来说，其在架空线路中进行传播时，自身的传播速度并不受到导线几何尺寸与悬挂高度的影响，之后受到其自身对应参数的影响。而线路位长的电感值以及电容位则是波阻抗数值大小的决定性因素。通常，架空线路的波阻抗值会保持在300 ～500 欧之间。然而在实际应用的过程中，受多种因素的影响，电缆线路在应用时，其自身的波阻抗变化则相对较大的，一般保持在10 ～100 欧之间，而且其在传播的过程中，传播速度也会受到其传播介质的影响而存在差异，比如架空输电线的波速通常是电力线路的一倍。

2.2 行波波动方程

在实际应用的过程中，可以发现，行波波动方程在实际应用时存在有以下特点。

（1）在其过渡过程中，导线上的电压会被分解为前行电压波与反行电压波，而流过导线的电流则会被分解为与其相对应的前行电流波与反行电流波。

（2）其自身的电压波与电流波会一同进行传播，并且两者之间的关系是由波阻抗所决定的。一般情况下，前行波符号相同，而反行波的符号则相反。

（3）前行波与反行波在传播的过程中，是处于相互独立且互不干扰的状态当中的，两者会分别按照自身相对应的方向进行传播。

同时，行波也存在有折射与反射的关系，当定义波的阻抗为线路的波阻抗时，如果其波阻抗恒定不变时，那么行波便会正常进行传播，而当其不连续点受到波阻抗的影响时便会产生折射与反射。此外，波在传输的过程中，也会受到导线电阻、导线对地电导、大地、电传输所引起的损耗，因此，其在计算行波波动时其反行电流波和反行电压波以及前行电流波和前行电波间的关系方程为

2.3 地铁接触网故障的行波测距方法

当前，在进行地铁接触网故障的测距时，主要应用的为低压脉冲反射法、直流高压闪络法以及冲击高压闪络法，其各自的特点如下。

（1）低压脉冲反射法。低压脉冲反射法，主要是通过与单端行波法之间的结合，通常采取相应的技术手段与检测的测量端发射出对应的脉冲，并集合故障点对脉冲进行反射后的时间，与线路内部的波速相结合，以完成对故障距离的判断，并且在对低阻、短路、断路等情况进行判断时，有着良好的应用效果。同时在应用此方法进行测距时，需要注意对反射脉冲的合理选择。一般在选用脉冲形状时，会选择与其相适应的矩形脉冲。并且也要正确的选择脉冲的脉宽。以上海市某团队在应用低压脉冲发射法进行地铁接触网故障测距时所采取的措施为例，其在进行测距的过程中，为了避免由于脉宽时间内，反射与发射脉冲发生了重叠的现象，导致测距盲区的出现，而选用了宽度较窄的脉宽进行测量。而在应用此种方法进行测量时也需要注意，在应用在窄脉冲时，由于其具有内部高频量极为丰富的特点，这就使得反射脉冲会受到严重的衰减，远距离测距的准确也无法得到保障。但其自身在实际应用的过程中，由于极易对电缆的接头位置进行识别，操作简单且方便的特点，在多数低阻地铁接触网故障检测的过程中，都可以实现其自身的有效应用。

（2）直流高压闪络法。当前在实际应用的过程中可以发现，地铁接触网故障，出现的电缆故障在很大程度上都表现为高阻故障，并且还涵盖有泄露性高阻故障以及闪络性高阻故障。而直流高压闪络法是脉冲电流法一种，在应用脉冲电流法进行检测时主要是通过利用直流高压，来击穿当前地铁接触网中的电缆故障点，通过设备装置来对其在被击穿瞬间所产生的电流行波信号进行收集，并结合小波变换设备来分析信号，从而得到故障的距离。这也使得直流高压闪络法通常会用来对闪络击穿性故障的测量，这一故障往往具有较高的电阻，在对其进行测量时，需要对电缆施加高压，以击穿故障点，在此过程中，便会形成暂态电流行波和电压行波，同时在故障点与测量点之间进行反射。

（3）冲击高压闪络法。这种方法在实际应用的过程中，有着较为宽广的适用范围，并且在面对测试电缆的泄漏性高阻故障以及闪络性高阻故障的测距时有着良好的应用效果。其在实际应用的过程中，需要对脉冲电流信号进行采集。同时，当发生高阻故障时，其故障电阻的高度相对较低，最终导致了故障点出现较大的泄露电流，最终出现电缆电压过小的情况致使其电压降到高压试验设备的内阻上[3]。因此，在实际应用的过程中，必须基于冲闪法的应用来避免此项问题的出现，其可以利用试验电路在电容与电缆之间所额外增添的球形间隙，完成对相应问题的判断，并使维护人员可以采取针对性措施来对问题予以解决。