应用AT故障测距技术查找高铁供电线路故障
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摘要：本文从京沪高铁AT供电方式、故障测距技术原理与应用、现场运行实例等方面指导牵引供电技术人员学习和应用AT故障测距装置、掌握AT故障测距技术，希望对京沪高铁牵引供电运行、检修工作有所帮助。
关键词：高速铁路 AT供电 故障测距
中图分类号：U238文献标识码： A
随着京沪高铁的开通运行,在牵引供电方面有许多新设备、新技术得到应用，AT故障测距就是其中的一项。应用好AT故障测距装置，掌握AT故障测距技术，可为分析查找接触网线路故障提供可靠依据。
（一）供电方式
京沪高铁某区段采用2×25kV 全并联AT供电方式，即同一方向的上、下行接触网由 1台断路器供电，且上、下行接触网在每个 AT 所都进行一次横向电连接，从而减少接触网单位长度阻抗，减少电压损失和增强供电能力，改善供电质量。
在全并联 AT供电方式下，牵引网线路变得更加复杂，线路故障更容易发生，因此，针对全并联 AT 供电方式，京沪高铁采用了单独的故障测距装置，在其发生故障后进行及时的故障查找和排除，以满足整个供电系统安全、可靠、经济地运行。
（二）典型主接线图
1、AT牵引变电所
牵引变压器采用三相V/X接线，由两组（四台）单相牵引变压器组成，正常时，一组投入运行，另一组备用。牵引变电所牵引变压器低压侧，通过2×27.5kV断路器与2×27.5kV母线相连。
2、AT所
AT所上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。在两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。
3、AT分区所
AT分区所每个供电臂的上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现供电臂上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。两个供电臂之间设带有电动隔离开关的跨条，实现越区供电。在每个供电臂的两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。
二、常用故障测距原理介绍
（一）AT吸上电流比原理
假设AT为理想变压器、钢轨对地全绝缘，且沿线路阻抗参数均匀分布，则当故障发生在第k至第k+1个AT之间时，有：
式中，lk---第k个AT所距变电所的距离(km)；
lat(k)，lat(k+1) ---第k个和第k+1个AT中性点吸上电流（A）；
D---第k至k+1个AT间距（km）。
式中称为吸上电流比，简称Q值。
AT吸上电流比存在缺陷，如装置一次投资高、原理适用性较差、装置可靠性低。
（二）上下行电流比原理
当AT所上下行不并联，分区所并联，无论是T、F、TF故障，均可采用上下行电流比测距原理，计算公式如下：
式中，I1，I2---故障及非故障方向供电臂电流；
D0，D1变电所距AT所距离、AT所距分区所距离。
（三）横联线电流比原理
横联线电流比原理和AT吸上电流比原理类似，要获取3个处所的横联线电流，找到最大的两个，确认故障的AT段，按下面公式计算：
其中，---为各处所的横联线电流模值。
这种方法只适用于全并联供电方式下，单线方式无法获取横联线电流。
（四）电抗法原理
牵引网短路时存在一定的过渡电阻，所以利用电抗和距离关系进行故障定位。
由于供电臂上区间和站场的的单位阻抗不同，需分段线性整定，站场的单位电抗一般按区间电抗的1/3整定。
三、全并联AT供电方式故障测距系统
上面讲述的AT吸上电流比、上下行电流比、横联线电流比、电抗距离法等故障测距原理适用于不同的供电方式，测距原理也各有优缺点，京沪高铁（北京段）的AT故障测距系统综合了上述各种原理和其他多种原理，在不同的供电方式下自动使用相应的方法。
京沪高铁（北京段）AT供电方式的故障测距系统具有如下优点：
1）自动判断故障前时刻故障区间的供电方式，根据不同的供电方式采用相应的故障测距原理进行测距（目前在实际应用中可以看到的有AT吸上电流比法和电抗距离法）。
2）提供详细的故障测距报告，更方便检修人员查找故障。在故障报告中，不仅有故障距离，还有故障类型（T、F、TF）和故障方向（上行、下行）。
四、故障测距数据修正
（一）Q-L表修正。
Q-L表
段点 0 1 2 3 4
L0 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00
Q0 0.15 0.33 0.50 0.67 0.85
L1 0.00 4.00 8.00 12.00 15.00
Q1 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90
1、单个故障点修正：
每次发生永久或确定地点的故障时，记录下故障Q值和故障点距离。例如对于一次确认的故障点，参数为，。则将结果在上表修正，以后逐渐根据每次故障修正。
2、整个AT段修正
在一个AT段，当发生两个较远（超过AT段长度的一半）的故障时，对整个AT段的Q-L表修正。两次故障，参数为，和，。
根据相似三角形原理，有，得到对应本AT段0.00km处的，同理可得，最后根据首尾两个点将本AT段其他3个点计算出来。
（二）X-L表修正
统计实际故障点和测量电抗，修正方法和前述的QL表类似，在此不再赘述。
定值整定的时候，要考虑供电线的分段距离表；分别整定T、F、TF型电抗距离表。
（三）京沪高铁调试阶段通过短路实验对故障测距数据修正
1、现场短路实验情况
短路实验总计3次，在K49+482处总计做两次，第一次为下行T线永久性故障，第二次为上行F线永久性故障，在K37+194处做一次短路实验，为下行T线永久性故障。
2、短路实验数据
故标装置并未直接给出吸上电流比测距结果，计算短路点数据是根据故障测距报告中的吸上电流计算得出。由于第一次短路时，AT所由于电流接线问题未采集到该所吸上电流，所以第一次短路无法计算测距结果。
3、故标数据校正
1）单位电抗校正
根据第一次短路实验得到变电所到短路点电抗为5.72Ω，实际距离为21.429km；根据第三次短路实验得到变电所到短路点的电抗为2.31Ω，实际距离为9.141km。可以计算得出：第一AT段的T线单位电抗为0.253Ω/km，第二AT段的T线单位电抗为0.285Ω/km。
2）吸上电流比Q值校正
第二次故障吸上电流比Q值为：
=3648/(3648+2059)=0.64
对应L值为：49.482-40.251=9.231km
将计算出的（Q,L）插入原Q-L表中。
同理，将第三次短路时计算出的Q=0.55，L=9.141插入原Q-L表中。
以上为开通前短路实验时对故障测距数据进行的调试，在正式运行中，需要不断根据实际短路后的数据进行修正，京沪高铁找到故障点的最进两次跳闸分别与故障测距指示值相差17米和1米，说明经过修正的数据已经使得测距指示值达到了很高的准确度。
五、现场实例
（一）故障测距报告阅读
AT故障测距装置报告主要看变电所测距报告，AT所、分区所的报告仅供参考并配合保护装置报告进行分析。故障发生后，当通道通畅的时候，AT所、分区所才会出故障报告，记录本所参数，当做故障测距试验的时候，AT所、分区所不出故障报告。
（二）故障报告实例（略）
本文介绍了京沪高铁（北京段）AT供电方式的故障测距系统，这套系统在实际应用中还存在着一些不足：
1、存在“数据接收失败”，是指变电所故障测距装置接收AT所数据失败，针对这个问题我们会同厂家作出了相应修改，数据接收失败后将会在通道畅通的时候再次接收数据，并生成报告。
2、只给出了AT测距法的报告，在实际应用中还需要电抗测距法的报告作为参考，针对这个问题我们已经会同厂家对软件作出了相应修改，在报告中同时生成AT测距法和电抗测距法的报告。
3、故障报告给出了实际公里标，在实际应用中还需要给出相对公里数的报告作为参考，针对这个问题我们也已经会同厂家对软件作出了相应修改，在报告中同时生成实际公里标和相对公里数的报告。
结束语
在今后的京沪高铁牵引变电运行、检修工作中，还需要进一步加强对故障测距装置和技术进行学习和研究，深入应用故障测距装置和技术，为分析和查找京沪高铁牵引供电线路故障提供可靠依据。