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摘要：牵引供电制式是指牵引供电系统采用的电流制式、电压等级和授流方式3种。国内城市地铁一般采用直流牵引，而电气化铁路一般采用单相工频交流制。新型轨道交通工程牵引供电系统在选择牵引供电制式时，涉及供电、车辆、限界、桥梁、隧道等众多专业，需综合考虑安全性、可靠性、经济性、资源共享、景观需求等诸多因素。基于此，以下对牵引供电接触网短路试验系统进行了探讨，以供参考。
关键词：牵引供电；接触网短路试验；系统研究
引言
设备故障率是牵引供电系统可靠性评估中必要的基础数据，由于存在牵引供电设备的故障记录等基础数据缺失的状况，在可靠性评估中一般假定牵引供电设备故障率恒定不变。因此，为交流地铁牵引变电所可靠性评估提供数据支撑和条件保证，减少因故障率带来的可靠性评估误差，对牵引供电设备故障率的时变特性进行研究是有必要的。
1直供牵引网简介
随着几大高铁的正式开通、运营，中国牵引系统已达到世界先进水平，目前我国高速铁路主要采取全并联AT供电方式．但对于山区电气化铁路，由于其具有运行速度低、坡道大（往往为一面坡）、桥隧比例高、所址选择困难等特点，AT供电方式牵引变电设施较多，站前土建工程较大，运营维护难度也较大．通过分析，带加强线的供电方式在解决供电的同时，较AT供电方式节约大量资金，是解决山区大坡道大负荷供电需求的较为经济有效的供电方式．加强线作为接触网接触悬挂并联的一条附加导线，其作用主要是提高接触网载流能力和线路末端电压．在车流量较大的电力牵引区段内，尤其是（全并联）直供牵引供电系统中，接触线和承力索的总截面积往往不能满足输电要求，需要用加强线来弥补悬挂截面的不足，同时降低接触网电能损失和电压损失．带加强线的直供牵引系统牵引网主要由接触线、钢轨、回流线、加强线构成．加强线和接触线并联，每隔一定的间隔通过横向连接线连接起来．钢轨、回流线每隔一定距离进行一次横向连接，钢轨只能通过扼流变压器（或空心线圈）中点和回流线连在一起。
2牵引网高阻接地故障电流分析
牵引网发生高阻接地故障时故障电流很小，故障电压降低少，其测量阻抗较常规故障时的测量阻抗要高数倍至数十倍，常规过电流保护装置无法可靠检测，阻抗保护也不能正确动作。高阻接地故障还表现出随机性，电流不稳定、波动大，反映高阻接地故障的故障量不明显，不易与移动取流、负荷电流大小随时变化、谐波含量丰富的交流牵引负荷相区分，导致保护动作不灵敏。在有机车取流的情况下发生高阻接地短路跳闸，在短路瞬间，电流由约420A突增到约800A，突变量达到380A，波形整体平滑，谐波含量为21.9%。由于发生高阻接地故障前线路中有机车运行，谐波含量中2次谐波和3次谐波占比较大，可认为谐波大部分是由机车负荷造成。该次短路跳闸的原因经查明是居民钓鱼时抛甩钓鱼线造成的异物侵限，体现出了高阻接地短路电流小、电压降低少（短路电压22kV）、不易与机车负荷电流区分的特点。针对该情况，如果保护整定过大会失去灵敏性，整定过小又会使保护容易误动，失去选择性。
3牵引供电接触网短路试验系统
3.1短路故障记录仪
短路故障记录仪对每次短路数据进行自动测量、录波，并进行离线和在线记录，包括短路时刻的接触网电压、短路电流幅值、波形等数据，方便现场查看和数据分析。短路故障记录仪布置于参与短路试验的所亭（牵引所、分区所、AT所）内，其输入端与所内保护盘对应的电压电流端子相连接，同时接入所内通信网，再与4G无线通信组件相连，以建立与云端后台的通信。
3.2行波法测距理论
行波法的研究始于20世纪40年代初，它是根据行波传输理论实现线路故障测距的，目前使用较多的是双端行波定位，即利用记录故障点产生的行波到达线路两端的时间，然后借助于通讯联系实现测距的．行波故障定位能从原理上克服阻抗法易受系统运行阻抗、负荷电流、运行方式等因素影响的缺点，使得测距精度得以提高．双端行波定位是利用故障时刻线路电流、电压突然发生变化所产生的高频暂态行波达到两端的时差来确定故障点的位置．在线路中安装故障监测装置，利用行波到达的两设备的时间差Δt进行故障点精确定位．
3.3视频监控系统
视频监控系统由前端监视设备、传输设备、后端控制显示部分组成；前端监视设备为高清全景摄像头，传输设备为4G通信组件，后端控制显示部分为笔记本电脑或手机移动终端。监控采用的高清全景摄像头支持2.4GHz和5GHz双频Wi-Fi，相比于单频段设备，具有更高的无线传输速率、更强的抗干扰性、更好的稳定性，不容易掉线，与4G无线路由器配合实现无线视频监控。监控系统支持全双工语音对讲，只需将全景摄像头布置在合适位置，就可实现现场语音、图像的实时传输、实时监控，以便及时掌控现场试验情况。此外，监控系统实现了影像资料本地+云存储，影像资料除在本地存储，还可自动上传至云端保存。
3.4直供系统接触网段故障分析
对于带加强线供电方式或AT供电方式的接触网，故障时刻仅通过行波法测得故障点的距离是不够的，还需要判断是加强线（正馈线）还是接触线故障，以此来辅助运维人员更好的进行故障处理．因此，在行波法的基础上进行一些改进，利用故障时刻工频来判断故障线别．上下行并联直供带加强线接触网多架设在野外，环境恶劣，易受外部环境影响．而外在环境的多样性也容易引起牵引线路的接地短路故障．由于牵引供电系统为单相导线供电，发生短路接地故障时潮流方向单一，故障电流总是流向短路接地点。
3.54G无线通信组件
通过4G无线通信（4G工业物联网高速路由器）实现了系统的“物联网”，为高清全景摄像机、短路故障录波仪、监控后台等设备提供足够的带宽和连接稳定性。由于接触网短路试验时各所亭间、后台与所亭间相距较远，各短路点的位置也不固定，无法接入固定的有线网络，4G工业物联网高速路由器利用公用LTE网络提供无线长距离数据传输功能，实现了系统内设备的远程通信。23通过VLAN（虚拟局域网）实现监控后台与各检测点的局域网内通信，一定程度上简化了系统组网的复杂程度。为避免相互影响，保护控制与视频监控采用不同的通信通道，既能保证视频监控所需的大带宽，又能满足远程控制需要的高稳定性。通过Wi-Fi热点，为无线设备提供接入能力。
3.6短路试验集成装置
短路试验集成装置可遥控实现接触网相对地、相间的瞬间（关合）短路，并将短路时刻的电压电流量上传至云端后台。短路集成装置为箱式结构，包括箱体及设置于箱体内部的各种组件。装置分一次仓室和二次仓室：一次仓内包括双极高压短路开关、模拟量采集单元、绝缘结构支撑件及钢轨连接装置等；二次仓内包括保护控制单元、遥控单元、保护屏、通信控制器、4G无线通信组件、电力供电单元、视频监控单元等。
结束语
牵引供电接触网短路试验系统是一套服务于电气化铁路接触网短路试验的工具，除了能满足接触网短路试验的各种需求外，还具备短路故障录波、远程数据采集、远程控制、数据云存储、现场视频监控的功能。该系统在多个高铁、客专项目使用，试验效率较传统的方式大幅提高，提升了现场试验信息化能力。
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