接触网保护和故障点标定

图11.42 可直接测量接触线温度的热保护

从1990年起，数字保护继电器日益在铁路牵引系统中使用。作为这些功能的补充，这种设备能做到全范围的参数设定、保护数据的存储及计算选择以及断路器失效的保护。它是通过电流测量或其他手段来检查辅助开关接点装置，确认断路器在收到主保护触发器信号后是否已真的跳闸，在断路器故障状态下备用触发器启动。假若这也失败的话，将发送一信号至下一个更高的保护层，使受影响的高压开关站所的所有其他供电断路器跳闸。持续对电流、电压、阻抗及触发器信号以及图形失败数据输出的可能性进行监督使得对设备性能的故障分析和预测变得更加方便。当短路发生时，根据记录的阻抗值可计算出故障发生的位置。借助于串接的数据传输接口和手持辅助数据设备或个人计算机完成与数字保护电路图的数据对话。与此同时，使用遥测手段就可以从无人变电所那里获得远程数据。

为了安全考虑，在德国铁路的标准高压开关站中控制回路和保护回路有着明确的功能定向及设备上的分离。　保护设备不论何时跳闸，不管动作的原因是什么都要进行架空接触网的短路试验。在德国铁路网中，全部保护动作事件的93%不是因为稳态的短路造成的，而是由于临时的、瞬时的接触或因运行电流引起的接触网过负荷造成的。

11.3.3 故障点标定

必须尽快地发现持续的短路位置并借助于架空接触网隔离开关将其隔离开，这就使得在其他区段上的电气化铁道运行得以继续并可排除故障的原因以便进行修复。准确和可靠的故障点标定是重要的，为做到这一点，铁路操作员使用基于电流互感器上的短路追踪系统。在双线铁路上，这些变比为600/1或1200/1的互感器主要安装在横向连接的隔离开关上，即装在连接二个主要架空接触网组群回路上。假如发生短路，比正常运行状况下显著强烈得多的电流，在单边供电时将流经位于故障位置一边的电流互感器，或者在双边供电区段上将流过处在故障位置两边的电流互感器。连接在互感器二次绕组上的短路感应继电器将记载此变化并经过当地控制单元及相关的遥测组件发送一信号至负责该区段的控制中心，这些连同那些断路器已经跳闸的信息一起，就能大致确定处于触发电流互感器地点之间的故障位置。

在单边供电的单线铁路上，可以知道故障位置是否位于探测到的过电流的最近短路检测互感器之外。在双边供电单线铁路上，故障将位于两个已识别能量流动方向变化的互感器之间。然而，将不得不采用其他的程序以便确定短路是发生在车站B或C的第二组群之中或在主车站组群之中还是在沿线的其他地方。这就需要通过柱上隔离开关，使用主控制中心的自动短路定位设备，或者人工地一步一步试验架空接触网来达到目的。对于更精确些的定位系统 (如在电力公司应用的)，1991年在德国铁路的整流变电所试验过，但尚未得到普遍应用。当采用此类系统时，一定要考虑到铁路钢轨和平行导线是在大地中的这个因素，其线路阻抗并非是供电点与移动负荷距离的不变线性函数。要补充的是，假如只通过阻抗测量来计算故障位置，经过架空接触网供电的辅助设备 (如开关点加热、车间供电等) 可能导致错误的计算结果。但不管怎样，所述的试验也可将故障定位于精度200～300m之间。

我们也希望能找到发生瞬态短路的地点，瞬态短路通常仅仅是中断了自动架空接触网试验定时循环 (即少于10s) 的电源，而并不会严重地影响列车运行。然而，这种故障极易损坏绝缘子、导线或电缆组件。瞬态故障的标定适用于对所产生的组件故障进行的检查及采取的防护措施，尤其适用于瞬态故障经常发生的地方。为了做到这一点，在短路发生时必须马上确定至故障位置的距离，因为它不可能像持续性短路情况那样过后再去定位。在这里，计算数字式保护电路 (它记录短路前及短路中的阻抗直至电流被切断) 搜集到的测试数据是一种有效手段，这种系统能记录一次以上的故障事件。为了确定故障位置，电抗被应用并以电阻或距离值的形式输出。该系统相对来说是精确的，达到了区段长度30km内的容许偏差为±500m。然而假若是快速大电流保护动作，在技术上是不可能做到故障地点的定位。

自动化和高精度的故障定位以及恰当的数据传输使之在持续性短路情况下能显著地减少排除故障时间，因为抢修人员能够直接到达故障地点。因为可以立即采取预防和纠正措施，所以也可以减少由于反复的瞬态短路造成的中断运营时间。