池黄高速铁路引入黟县东站接触网故障测距分析

刘 宁

（皖赣铁路安徽有限责任公司，工程师，安徽 合肥，230000）

1 引言

近年来，我国高速铁路快速发展，“八纵八横”高铁网发挥出越来越重要的作用。在纵横之间，两条及以上的高速铁路在同一车站相互交叉的情况越来越多。由于地型的多样性、供电方式的复杂性和对接触网行车检算的要求越来越高，制约着接触网电分相位置的设置，导致接触网的“接入段”变长，分支变多。本文以池黄高速铁路引入黟县东站接触网工程为例，研究如何在上述不利条件下，快速准确判断接触网分支故障跳闸位置，旨在为有关维修单位和人员提高准确判断快速处理此类故障、最大限度减少对运输秩序影响提供参考。

2 初步设计概况

黟县东站属于昌景黄高速铁路的在建车站，计划将于2023年初投入运营。新建池黄高速铁路计划将于2024年投入运营，池黄高速铁路终点接轨黄山地区黟县东站与在建昌景黄铁路共站（昌景黄铁路外包，池黄本线居中），黟县东至黄山北段本线与昌景黄铁路共线运行。供电方式如图1所示：

图1 黟县东站供电方式示意图

有图1可知，池黄和昌景黄都是AT供电方式，从黄山北牵引所引出两条馈线分别为昌景黄高铁南昌方向供电至分区所1，为池黄高铁池州方向供电至分区所2。分区所1至黟县东站上下行（接触网长度为9 km）、分区所2至黟县东站上下行（接触网长度为5.5 km）、黟县东站上下行都是相同的两个供电单元（A、B单元）。池黄高铁分区所2至黟县东站区间有两座距离较近的隧道，分区所2位置设计在隧道1的池州侧。

3 存在问题分析及应对方案

在AT供电方式下，若A单元接触网故障跳闸时，牵引所故障报文里的故标指示在黟县东站左侧区间时，既有的继电保护不能准确判断故障地点是在池黄高铁上行线还是在昌景黄高铁上行线。在故障巡视时，既要巡视昌景黄高铁的分区所1至黟县东站区间上行线，又要巡视池黄高铁的分区所2至黟县东站区间上行线，巡视的范围是一般情况时的两倍。因此，接触网故障应急处置效率将会很低，影响正常运输秩序，降低运输效率和效益。

高速铁路供电工程的建设要综合考虑地理环境、外部供电能力、建设成本等因素，接触网电分相的设置要遵循铁路总公司关于其位置不宜在连续较大坡道和变坡点、大电流以及出站加速区段，同时还应尽量避免在隧道内、低净空桥等跨越建筑物下设置的技术规定，并经列车过分相能力实测检算和满足列车3 min追踪检算的要求。为了有利于准确、快速排除接触网故障，本文遵循高速铁路供电工程建设要求，提出四个不同角度考虑的设计方案，并就各方案优劣作如下简要介绍和分析。

方案一：距离黟县东站最近的牵引变电所是黄山北牵引所，但由于距离太远，无法考虑增加两回馈线为“接入段”供电。

方案二：在黟县东站附近新建一个开闭所。优点是不需要改变电分相位置；“接入段”由独立馈线供电，故障情况下不相互影响其他线路。缺点是通过开闭所给正线供电，故障节点增加，存在二级供电，上级变电所馈线需配合开闭所保护时间级，故障切除时间变长；需要增加开闭所建设用地，投资增加较多。

方案三：分相由隧道1池州侧调整至隧道1和隧道2之间，优点是分区所所址不需改变；“接入段”变短，减小了因本线“接入段”故障引起的昌景黄铁路馈线跳闸的概率。缺点是路基段坡度较大，且部分分相在隧道内，该分相位置不能通过行车检算；接触网路基段仅为176 m，电分相有一半在隧道内，分区所2距离上网点2.3 km，其中隧道为1.57 km，沿线均为山区，供电线需采用全电缆沿隧道壁敷设，投资费用较大。

方案四：在接触网的接入段首尾端增加行波测距装置。优点是利用该辅助手段可尽快确定故障点是否在接入段，减少故障排查工作量；分区所所址和分相位置也不需改变；减小了投资费用。

各分相调整方案均不引起变压器增容，供电臂延长后的末端压降均能满足负荷需求。通过对以上四个设计方案的分析，可以确定方案四是较优的方案。由于行波测距装置在高速铁路接触网工程上应用较少，下面重点介绍行波测距装置的原理、安装方式。

4 行波测距装置方案分析

4.1 行波测距原理当线路某一点所发生电压、电流的突变情况时，这一变化并不会立刻在线路其它各点出现，而是要以电磁波的形式按一定的速度值从电压、电流突变点向其它各点传播。这种沿线路传播的电压波以及与其相伴而行的电流波称为行波。行波传输的速度仅受分布电感与分布电容影响，若忽略电感与电容，行波的传输速度是光速，在实际中，行波在架空导线的传播速度在0.91 c～0.97 c之间，行波在波阻抗不连续的位置会发射折反射现象，逐渐衰减一段时间后，这部分暂态能量消失，系统趋于稳定状态。通过对该故障行波的采集、分析、计算，可以进行故障定位以及故障原因辨识，相应的产生了多种行波行为原理，此工程采用的是双端行波定位技术。

双端行波故障精确定位的简单模型，如图2所示。下文拟结合图2就行波测距原理运用作简要介绍。

图2中L代表所设监测点1与监测点2之间的距离，A代表故障发生在监测点1与监测点2之间的位置，L1和L2分别代表监测点1和监测点2与故障发生点A的距离。

图2 简单双端行波定位模型

设在监测点1和监测点2监测到行波电流的时间分别为t1、t1，行波在线路中的传播速度为V，则，L1值和L2值可分别运用公式1和公式2计算得到［4］：

设通过GPS提供的准确相对时间t1、t2，可以定位得到故障点A距监测点的实际距离，从而达到准确定位的目的［4］。

4.2 供电臂全区段故障监测解决方案接触网行波测距装置安装在牵引所、AT所、分区所的供电线上，采集线路上的跳闸信息并上传后台进行诊断，通过对数据的分析与计算，定位故障点和辨识故障原因，实现牵引所至分区所区间内全线接触网的故障监测。昌景黄铁路上下行两侧供电臂供电范围内各需配置16台监测装置。全区段监测配置如图3所示。

图3 馈线供电臂行波测距装置示意图

4.3 供电臂特定区段故障监测解决方案牵引变电所馈线本身设有继电保护装置，结合考虑节省工程预算，可进一步优化行波测距装置的安装方式。带分支的AT供电方式下，如果需要进行特定区段故障监测，则只在分区所2馈线的供电线及分支点附近承力索下锚处、正馈线上安装监测装置。池黄铁路接触网两侧支线部分的上下行供电臂供电范围只需配置8台监测装置。黟县东站至分区所2区间支线监测配置如图4所示

图4 馈线供电臂特定区段行波测距装置示意图

5 结论

本文从多个角度分析了新建池黄高速铁路接触网引入黟县东站的方案和现有故障测距方法中存在的问题，并重点论述了行波测距法应用在本接触网工程的可行性。经过评估论证，确定本文主张的接触网行波故障测距系统是新建池黄高速铁路接触网引入黟县东站的最优方案，能够帮助相关单位和人员准确找到故障位置、迅速排除故障，减少故障对高铁安全运行的影响，具有较好的推广使用价值。

接触网故障问题对电气化铁道的运输效率与安全有着至关重要的影响，尤其是在较复杂的供电方式下，如何准确发现高效处理高速铁路接触网故障，是一项需要不断深入研究的课题。笔者下一步将跟踪本文所提方案实施效果，发现问题，研究新情况，形成新对策，更好地为高铁安全运输做贡献。