地鐵接觸網故障測距實現探討

方海華

（上海軌道交通設備發展有限公司，上海 200245）

對于地鐵接觸網而言，在對其進行故障的分析與處理時，需要通過對相關實際情況的準確分析與判斷，在對其管控效率進行提升的同時，確保其所選用測距方法的科學性，以采取最為高效的方法進行地鐵接觸網的故障測距，從而提升地鐵運行的安全性，避免安全隱患的出現，保障居民的安全出行。

1 地鐵接觸網故障測距裝置的構成

在實際應用的過程中，一個完整的行波測距裝置通常需要具備有多種功能，比如，配備有供用戶進行選擇的多種啟動方式；能夠在發生異常時出發信號的自檢功能；可以在停電時，對以采集數據進行保存的能力；自動顯示故障測距結果；通訊功能；遠程數據交換功能；必要的防靜電以及電磁干擾功能等，并且其自身還要具備相應的精確性、適用性以及便捷性。同時，一般的地鐵接觸網故障測距裝置主要有行波數據采集系統、通信網絡、行波后臺綜合分析系統以及遠程維護系統組成，而其每個主組成部分的主要功能如下。

（1）行波數據采集系統。其作為地鐵接觸網故障測距裝置的主要構成部分，是由電流傳感器、低速板、高速板、主板、電源開關等設備所構成的。而行波數據采取系統在運行的過程中，可以通過電流傳感器來對二側的電流信號進行轉換，并使其成為板所需要的電壓信號；低速板則可以用于對故障的發生進行判斷，并對板與高速板進行觸發；高速板則可以對設備運行過程中所接收的故障數據進行采集與記錄；主板則是對故障數據進行儲存以及承擔設備內部相關硬件的協調與管理工作，同時為故障記錄添加時間標簽。

（2）通信網絡。在實際應用的過程中，地鐵接觸網故障測距裝置需要具備有標準的以太網接口，并且其內部搭載有網絡通信協議，支持公眾電話網、專線、電力數據網通信等多種通信方式，并且在實際應用的過程中，其所應用的具體通信模式是由其所面臨的實際狀況等現場因素所決定的。

（3）行波后臺綜合分析系統。該系統能夠對當前設備的故障數據進行處理，并且其內部包含有小波變換分析故障數據軟件等內容，可基于對設備兩端所產生的故障數據文件進行處理，來完成對故障位置的自主判斷與定位。而后產生相應的故障數據文件，并結合與測距終端之間的通信，使其測距的結果以及歷史故障等內容顯示到終端上，在實現了對故障數據的實時統計、實時查詢等功能的統率，還具備有打印功能。

（4）遠程維護系統。其主要PC 機所組成，可以在裝置內部系統運行的過程中，通過與其他設備之間的網絡通信來獲取當前設備運行過程中所產生的暫態啟動報告，并且其自身的應用也使得遠程配置、故障診斷等功能予以實現。

2 地鐵接觸網故障測距的實現

2.1 地鐵接觸網故障的理論基礎

在進行地鐵接觸網故障測距的過程中，其主要是與行波的相關理論所關聯的。而且當前的地鐵接觸網故障測距技術，也都是基于行波理論設計而成的行波故障測距法，而行波則是指波在對應介質中自身傳播時的前行。波速則指的是其自身的傳播線路長度與傳播時間所形成的比值，其可以通過與對電壓波以及電流波進行表述的波阻抗，來完成對行波的計算與測量。

以單根無限長的架空輸電線等值電路為例，假設代表導線以大地為回路的單位長度電感值為 0L，而 C0則代表導線單位長度對地電容值，在忽略導線以及大地的電阻時， 0L 與 C0可以分別運用以及這兩個公式進行計算。而且對于行波來說，其在架空線路中進行傳播時，自身的傳播速度并不受到導線幾何尺寸與懸掛高度的影響，之后受到其自身對應參數的影響。而線路位長的電感值以及電容位則是波阻抗數值大小的決定性因素。通常，架空線路的波阻抗值會保持在300 ～500 歐之間。然而在實際應用的過程中，受多種因素的影響，電纜線路在應用時，其自身的波阻抗變化則相對較大的，一般保持在10 ～100 歐之間，而且其在傳播的過程中，傳播速度也會受到其傳播介質的影響而存在差異，比如架空輸電線的波速通常是電力線路的一倍。

2.2 行波波動方程

在實際應用的過程中，可以發現，行波波動方程在實際應用時存在有以下特點。

（1）在其過渡過程中，導線上的電壓會被分解為前行電壓波與反行電壓波，而流過導線的電流則會被分解為與其相對應的前行電流波與反行電流波。

（2）其自身的電壓波與電流波會一同進行傳播，并且兩者之間的關系是由波阻抗所決定的。一般情況下，前行波符號相同，而反行波的符號則相反。

（3）前行波與反行波在傳播的過程中，是處于相互獨立且互不干擾的狀態當中的，兩者會分別按照自身相對應的方向進行傳播。

同時，行波也存在有折射與反射的關系，當定義波的阻抗為線路的波阻抗時，如果其波阻抗恒定不變時，那么行波便會正常進行傳播，而當其不連續點受到波阻抗的影響時便會產生折射與反射。此外，波在傳輸的過程中，也會受到導線電阻、導線對地電導、大地、電傳輸所引起的損耗，因此，其在計算行波波動時其反行電流波和反行電壓波以及前行電流波和前行電波間的關系方程為

2.3 地鐵接觸網故障的行波測距方法

當前，在進行地鐵接觸網故障的測距時，主要應用的為低壓脈沖反射法、直流高壓閃絡法以及沖擊高壓閃絡法，其各自的特點如下。

（1）低壓脈沖反射法。低壓脈沖反射法，主要是通過與單端行波法之間的結合，通常采取相應的技術手段與檢測的測量端發射出對應的脈沖，并集合故障點對脈沖進行反射后的時間，與線路內部的波速相結合，以完成對故障距離的判斷，并且在對低阻、短路、斷路等情況進行判斷時，有著良好的應用效果。同時在應用此方法進行測距時，需要注意對反射脈沖的合理選擇。一般在選用脈沖形狀時，會選擇與其相適應的矩形脈沖。并且也要正確的選擇脈沖的脈寬。以上海市某團隊在應用低壓脈沖發射法進行地鐵接觸網故障測距時所采取的措施為例，其在進行測距的過程中，為了避免由于脈寬時間內，反射與發射脈沖發生了重疊的現象，導致測距盲區的出現，而選用了寬度較窄的脈寬進行測量。而在應用此種方法進行測量時也需要注意，在應用在窄脈沖時，由于其具有內部高頻量極為豐富的特點，這就使得反射脈沖會受到嚴重的衰減，遠距離測距的準確也無法得到保障。但其自身在實際應用的過程中，由于極易對電纜的接頭位置進行識別，操作簡單且方便的特點，在多數低阻地鐵接觸網故障檢測的過程中，都可以實現其自身的有效應用。

（2）直流高壓閃絡法。當前在實際應用的過程中可以發現，地鐵接觸網故障，出現的電纜故障在很大程度上都表現為高阻故障，并且還涵蓋有泄露性高阻故障以及閃絡性高阻故障。而直流高壓閃絡法是脈沖電流法一種，在應用脈沖電流法進行檢測時主要是通過利用直流高壓，來擊穿當前地鐵接觸網中的電纜故障點，通過設備裝置來對其在被擊穿瞬間所產生的電流行波信號進行收集，并結合小波變換設備來分析信號，從而得到故障的距離。這也使得直流高壓閃絡法通常會用來對閃絡擊穿性故障的測量，這一故障往往具有較高的電阻，在對其進行測量時，需要對電纜施加高壓，以擊穿故障點，在此過程中，便會形成暫態電流行波和電壓行波，同時在故障點與測量點之間進行反射。

（3）沖擊高壓閃絡法。這種方法在實際應用的過程中，有著較為寬廣的適用范圍，并且在面對測試電纜的泄漏性高阻故障以及閃絡性高阻故障的測距時有著良好的應用效果。其在實際應用的過程中，需要對脈沖電流信號進行采集。同時，當發生高阻故障時，其故障電阻的高度相對較低，最終導致了故障點出現較大的泄露電流，最終出現電纜電壓過小的情況致使其電壓降到高壓試驗設備的內阻上[3]。因此，在實際應用的過程中，必須基于沖閃法的應用來避免此項問題的出現，其可以利用試驗電路在電容與電纜之間所額外增添的球形間隙，完成對相應問題的判斷，并使維護人員可以采取針對性措施來對問題予以解決。

3 結語

綜上所述，地鐵接觸網故障測距裝置主要由行波數據采集系統、通信網絡、行波后臺綜合分析系統以及遠程維護系統所組成，并且地鐵接觸網故障測距的實現需要根據其相應的理論基礎，以及行波波動方程來進行計算，形成了多種具有針對性的地鐵接觸網故障測距方法，有效的保障了其自身的工作效率與質量。