图1 故障测距系统结构图
图2 故障示意图
图3 电抗角示意图
图4 不同区段电抗情况示意图
图5
宋云生
接触网故障测距对铁路供电安全稳定运行十分重要，发生跳闸后，根据故障测距装置获得故标，来判断具体地点是接触网故障准确定位、缩短抢修时间的有效手段。
由于接触网属于架设于外部环境中的供电设备，受气候条件、沿线环境、行车密度及牵引定数不断提升的需求影响，接触网故障处置要实现迅速、精准、高效的目标，一旦发生故障，能根据测距装置的报告迅速定位故障点，准确判断接触网故障位置，尽可能压缩故障影响时间。
一、故障测距原理
接触网故障现场可划分为瞬时性故障与永久性故障两大类。其中瞬时性故障多由瞬间放电、异物瞬时触碰、瞬时闪络等现场突发情况引发，一般通过牵引变电所重合闸动作即可快速恢复行车供电，但此类故障暴露了接触网线路存在设备绝缘薄弱、零部件松动等隐患点位，属于典型线路薄弱区段，必须及时巡查整治，严防同类隐患再次诱发故障，保障接触网设备长期稳定运行。永久性故障多为线索断线、支柱倾覆等实质性设备损坏问题，故障影响范围大、无法自行恢复。现场作业人员须第一时间赶赴故障区间进行排查，并快速制定处置方案完成抢修整治；故障处置抢修时长，直接制约列车通行效率，严重影响铁路行车组织秩序与全线运输生产安全，务必做到快速响应、高效排查。接触网故障探测装置可以在带电状态下，自动测量接触网瞬时、永久性故障的位置和电流，帮助现场人员迅速找到原因并处置。
由于线路短路形式多种多样，电阻会随着短路形式的不同而不同，短路电抗则一般只受导线材料、空间架构、地质土壤导电率等因素影响。当接触网施工完毕后，基本电抗参数就确定了，不会因供电方式和短路形式改变而改变。所以，接触网测距装置大多采用分段线性电抗逼近测距原理，以一个供电臂为测距单元，一般变电所、AT所、分区所每所一套，每套分别由三部分组成（如图1）：故标装置负责采集馈线电压/电流、AT变吸上电流、馈线/AT变开关位置信号；卫星同步时钟用于同步各测距装置的时钟授时，保证数据的同步性；通信通道为故标专用通道或借用综自通道，用于各所之间故标装置数据传输和交换。
二、电抗测距法
接触网线路短路故障形式繁杂多样，且短路情况下过渡电阻对测距精度干扰显著。为此，在直供运行及AT解列运行方式下，现场优先选用不受过渡电阻影响的线性电抗法开展故障测距，以此作为精准判定故障点位的核心依据。该方法适用于直供、复线、AT全解列等情况。馈线保护装置一般自带有电抗测距法功能，该功能的优点是节省投资，而且计算简单，故障误差小；缺点是对于较大站场内的短路，存在判别误差较大的情况，不适用于AT区段T-R、F-R短路及直供区段分相短路。
1.名词解释
（1）测距分段数:测距时将此馈线根据不同的电抗区段分成的测距分段的个数。
（2）单位电抗：在此分段内接触网的单位电抗值,为二次值，X2=X1*KI/KU，单位Ω/KM
（3）总电抗：保护装置安装处到此分段末端的总电抗，为二次值，单位Ω。
（4）距离：保护安装处到此分段末端的总距离，单位KM。
2.计算方法
利用保护装置跳闸信息中的“故障距离”与“供电线长度”“上网点公里标”等内容进行分析计算。
直减法。北京方向故障测距计算：故障公里标=上网点公里标-(故障距离-供电线长度)；广州方向故障测距计算：故障公里标=上网点公里标+(故障距离-供电线长度)；对于一条供电臂同一时间段的多次跳闸，应当用最后一次跳闸的故障距离进行计算。
三、具体应用分析
1.直减法
以凯发DK3520电铁馈线保护测控装置为例，故障测距是根据故障电量中的电阻和电抗来计算线路故障点的具体位置。测距分段依据线路材料、架构等条件进行分段，如因供电线、区间、站场等不同地点单位电抗不同而进行分段，其中各段总电抗由单位电抗和分段距离计算求出，单位电抗和总电抗都是二次换算值。现以3段分段的故标定值为例，设置L3为发生故障的距离，L2为测距定值中第2段的总距离，X2为测距定值中第2段的总电抗，X3为故障跳闸时刻总电抗，X'3为测距定值中第3段的单位电抗。
例1：16:54′38″795 212 DK3520馈线保护测控装置距离I段动作，故障距离=8.23km，电阻=1.836Ω，电抗=2.333Ω，上行馈线电压=63.02V，下行馈线电压=63.02V，馈线电流=21.21A，2次谐波电流=0.0555A，3次谐波电流=0.4132A，5次谐波电流=0.1603A。
从保护装置信息可知故障距离=8.23km；查得供电线参数对照表可知：供电线长度=0.07km；上网点里程标=k263+206。由此计算故障地点里程标为=263.206(8.23-0.07)=255.046，即k255+046。工区巡视发现跳闸原因为桥面施工时有金属异物掉在k255+930承力索上，造成承力索与桥顶短路放电，计算出测距误差为884m。
2.历史报文分段计算法
利用历史报文分段计算法的前提，是跳闸点所在的供电臂上其他点也曾经发生过跳闸，在同一供电臂跳闸的历史报文，选取距离跳闸点距离最近的作为参考点，计算出单位电抗，从而提高单位电抗的精准度。发生跳闸点的电抗X=供电线电抗+加强线电抗+加强线到故障点区段的电抗。为了减少误差，214#馈线上跳闸点越多，则需分别计算出各点不同区段电抗取平均值，即：
X单位电抗平均值=（X1+X2+X3+X4+X5……+Xn）/n
例：已知E点发生跳闸，调阅历史资料查到213#供电臂A、B、C、D点曾经发生过跳闸，为历史故障中现场核实过的实际距离，为历史报文中的电抗。
XE=供电线电抗+加强线电抗+EO段电抗
由历史报文计算出AB、BC段（直供+回流）单位长度电抗X1、X2（见图5）
计算时，参考点距可能发生跳闸的位置越近，故障点越精确。
同时，根据历史数据可以总结出上网点出的电抗角θ1,一般小于加强线的电抗角θ2（如图3），不同区段的单位电抗遵循以下规律（如图4）：站场＞加强线区段＞直流+回供区段。总之，电气化铁路持续高质量发展，采用直接法计算故标具有简便、迅速的优点，而分段计算法则可以大大提高故标的精度，在接触网发生故障时，可有效减少故障查找时间，为迅速处置现场、恢复设备正常运行提供有力支撑。（作者单位：太原供电段接触网技术科）