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摘要：直流牵引系统是地铁列车在行驶过程中的动力来源，其在运行中的安全性和可靠性是地铁运行安全性和可靠性的保障。从地铁供电系统的运行经验中可以看出，直流系统主要故障有短路故障、过负荷故障及过电压故障等多种，其中，比较多见的属于短路故障，当出现这一类型的故障时，就会导致地铁直接中断，所以通过什么样的方式快速地找到短路故障是非常重要的。
关键词：地铁牵引供电系统；直流侧；短路故障
引言
城市轨道交通已经有了100多年的发展历史，如今已经成为大多数城市交通系统的命脉，而保证城市轨道交通直流牵引供电系统的安全可靠运行就成为研究的重点。接触网和第三轨是牵引供电系统的重要组成部分，实际运行中城市轨道交通供电系统绝大多数故障是接触网和第三轨故障，接触网和第三轨一般无备用，一旦发生故障，将导致牵引供电的中断，影响城市轨道交通运营的质量，造成运营损失。因此，如果能够在接触网或者第三轨发生短路故障后，快速地确定故障位置，进而排除故障，就显得尤为重要。
1地铁牵引供电系统直流侧短路故障主要类型
一般而言，电网内引入三十五千伏和十千伏的电压，而轨道交通在实际运行过程中将其降压整流，通过一定方式的转换和运输实现供电，若依据短路方式为故障分类，则大致可分为两种，即金属性短路和非金属性短路，下面将分别对这两类故障进行介绍。
1.1金属性短路故障
金属性短路是指在为城市轨道交通提供电能的过程中由金属发生直接接触引发的故障，一般分为两种情况，其一是第三轨与走形轨发生直接接触，其二是接触网与走形轨发生直接接触，这两种情况都会导致绝缘支架被击穿并造成短路，通常这类故障的发生是人为所致。另一原因可能发生在维修过程中，工人在维修时将电路断开，但是在维修完成后未将接触网接地线撤销，一旦供电恢复，必然会引发金属性短路，由于维修人员的粗心造成的短路故障须及时进行故障排除，不然可能会造成交通瘫痪或不可估量的经济损失。
1.2非金属性短路故障
非金属性短路主要是指第三轨与走形轨经过渡电阻短路或者是绝缘泄漏，从而发生非金属性短路故障。比如在雨雪天气环境下，暴露在户外的城市轻轨在雨水或者是积雪作用下被覆盖，间接的成为导体从而与行轨发生短路。另一方面，也可能是在长时间的运行过程中接触网或者是第三轨的出现绝缘老化现象，从而导致电流外放和泄漏，泄漏的电流通过绝缘支座在流向接地扁铜后经由变电所地网，最终回流至变电所负极，从而引发非金属性短路故障。同金属性故障相比，非金属性故障下产生的短路电流相对较小，所以造成了其短路现象不容易被察觉。但是随着运行时间的不断加长，可能会产生接触电压或者是跨步电压，严重情况下还会出现电弧，从而使短路故障进一步扩大，给城市交通轨道电力系统的稳定运行以及人身安全都带来了较为严重的影响。
2地铁牵引供电系统直流侧短路故障定位方法
2.1阻抗法
阻抗法的应用对于城市地铁交通的供电直流侧的短路故障来说，其定位方法当中的阻抗法还可以被划分成单端量阻抗法与双端量阻抗的方法。就前者来说，其对于供电直流的侧短路故障进行定位时所遵循的工作原理是非常简单的，同时，成本比较低。然而在具体的运行过程中运用该方法进行定位没有确保精度，究其原因，主要是因为定位中很容易遭受对侧系统电阻所带来的影响。运用这一方法的时候，能够选择微分方程的工频法和一元二次的方程法与迭代法以及电压法等，达到对过渡电阻进行消除的目的，对对侧系统中单端量的抗阻法故障进行消除。对于双端量的阻抗法来说，其对于故障定位的测量是现阶段城市地铁运输过程中供电直流侧发生短路故障定位中非常重要的一种技术方法，该方法利用对两端电压的流量推算，在故障点的电压相等前提下获得故障位置的信息，该方法具有现代通信信息技术，同时，还具备高精度的互感器与故障录波的装置等多种现代化的技术作为支撑，对故障定位进行实现。
2.2行波法
就行波法来说，这是城市地铁交通在直流输电系统当中非常多见的一种方法，该方法运用的原理是，在行波传输理论的前提下，对故障进行定位，利用对不同故障行波到达的测量装置速度和时间差进行分析，进而计算故障的具体位置。这在故障定位的过程中具有非常多的优点，并且广泛地应用在直流输电的系统故障定位中，然而在城市地铁交通直流供电系统当中进行应用时，对于测量设备和通讯设备的要求非常高，设备投资也非常大。
上述两种定位方法运行起来都很方便，且均具有许多优点，例如计算方法简单、定位精度高等，因此在直流输电系统的故障定位时被运用的次数非常多，并且经过多年来的实践表明，这两种定位方法可取得良好的效果，但是由于城市轨道交通直流供电系统投入实际运行时，要引用现代化高科技设备，需要投入大量资金购买设备，当然，采用何种方法进行定位可视具体情况而定，尽量保证在最经济的前提下提高对故障点具体位置的精确度。
3基于贝瑞隆模型的时域故障
3.1基本原理简介
一般而言，当发生供电直流侧短路故障时，保护装置会发挥作用，当故障发生后，工作人员在确定故障点位置信息时可利用的信息有限，只有保护装置记录下来的电流和电压，并且是故障发生之前形成的数据。由上文介绍可知故障定位方法有两种，但均是在电流和电压基波相量已知的前提下进行的，然而故障出现的时间很短暂，这无疑给数据提取增加难度，此时就需要收集故障发生之后与跳闸之前的时间段内所有原始数据，利用这些原始数据在时域对故障点进行测算，多次试验表明这种方案模型在检测定位方面有明显效果。
3.2定位实现
目前城市轨道交通的供电系统一般采用单边供电，当轨道交通处于正常运行时，收集到的电流、电压数据呈现出线性关系，通常表现为均匀下降变化，而当轨道交通出现故障时，故障点收集到的数据信息会远离原有的线性关系，且故障点处的电压是零，而电路中其他部分的数据仍是均匀变化。当出现数据突变的情况时，只需通过贝瑞隆模型进行计算和分析，得出故障点距离电源点的长度，即可确定故障点准确位置。
结语
综上所述，地铁已经成为城市人们交通的主要方式，直流牵引的供电系统中的联锁关系非常复杂，同时，发生的短路故障点非常多，且不容易查找，因此，需要按照故障现象和保护动作实施的情况与重合闸的情况对其进行全面研究。地铁供电系统的维保人员需要在日常工作的开展过程中对设备进行巡视，并对作业标准进行强化，进而杜绝该系统的短路事故，与此同时，促进自身故障处理能力的提升，对地铁运行的安全性有很大的保障作用。
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