引言
目前，对高压输电系统短路故障测距的研究已经趋于成熟，在测距方法的选用上，一般选取的是双端同步行波法。从精度上看，双端测距比单端测距精度高；从原理上看，单端测距存在较大缺陷，无法消除故障时电阻变化的影响，而双端测距可以完全消除故障过渡电阻的影响。但在地铁供电系统中使用行波法测距存在诸多问题，如行波波头检测难度大、定位精度差等。
我国早期的地铁供电采用的是6脉波桥式整流电路，随着时代的发展，为了改善电能质量，抑制谐波，目前普遍采用24脉波桥式整流电路，短路电流主要来源于两端的整流牵引变电所，牵引网主要由接触网、馈线、钢轨组成，接触网为机车提供电能，馈线则连接接触网和变电所母线将电能引向接触网，而钢轨不仅作为电流回流的导体，还支撑着机车运行。
本文在上述文献的思路和测距方法的基础上，研究对阻抗测距方法进行改进，通过仿真和理论分析分别研究三相系统电源短路容量、变压器容量对测距结果的影响，并仿真验证该测距方法的有效性。
1阻抗法测距及改进
阻抗法是一种典型的故障测距方法。在高铁牵引供电系统中，由于线路过长，供电区间较大，阻抗法对于故障测距的速度和效率不如行波法。但在城市轨道交通中，供电距离一般为2~3km，采用行波法进行故障测距，传播速度接近光速，传播时间短，行波的波头检测困难，测距精度差。本文基于阻抗法进行电路模型的搭建，将两供电所之间的距离设置为2km，以200m为一个区间设置组，通过不断改变故障点的位置或其他参数进行仿真，再通过计算得到故障测量距离和测距误差。图1和图2分别为使用阻抗法测距时短路故障发生的暂态等效图和稳态等效图。
图1阻抗测距故障暂态等效示意图
图2阻抗测距故障稳态等效示意图
x为发生故障的地点到A端的距离与A、B两端距离的比值，使用阻抗法就是通过测出A、B两端的电压和电流，从而计算出两端的电阻并进行比较，最终得到x的准确值。由于发生故障时，牵引网电阻的变化对故障暂态冲击电流的峰值及稳定值起主要作用，对电流的上升率几乎无影响，而电感的增大对短路电流几乎不起作用，但却能降低故障电流的上升率，因此在短路等效稳态电流网络中并未考虑电感。
图中各符号含义：VdA为短路时牵引所A提供的电压稳态值；VdB为短路时牵引所B提供的电压稳态值；IK1为绕等效图一周的假设网孔电流，流经A、B两个变电所；IK2为左下角网孔的假设网孔电流，只流经A所；IK3为右下角网孔的假设网孔电流，只流经B所；Rf为过渡电阻的阻值；K为开关，闭合表示在此处短路；Rs为三相电源短路容量；RT为变压器容量；Rl为接触网等效电阻；Ll为接触网等效电感；Rrail为钢轨等效电阻；Lrail为钢轨等效电感。
2短路故障测距仿真结果与误差分析
本文采用某地铁供电参数数据建立模型进行仿真。仿真中，在0.1s时刻使开关K闭合，模拟牵引电路在故障点发生短路故障。图3和图4分别是故障点设置在距A端1600m时电压在0.5s内的变化和局部放大图。
图3故障点距A端1600m时的电压变化
图4电压局部放大
从图3可以看出，当模拟短路故障的开关在0.1s时刻闭合后，电压开始出现振荡，同时下降，但A端电压比B端电压高。在随后的测距误差计算中，为了保证仿真结果的可靠性，此处取0.5s时刻的数据，其他电压电流数据均取自0.429~0.43s时刻。
图5和图6分别是故障点距A端1600m时测得的电流以及局部放大图。从图5可以看出，在0.1s时刻，两端测得的电流快速上升，但由于故障点设置在离A所较远、B所较近的1600m处，故障点与A端之间的电阻大于故障点与B端之间的电阻，因此A端电流比B端电流小。可以推断，故障点距离一端越远，在该端测得的电流则越小，电压越高。
图5故障点距A端1600m时的电流变化
图6电流局部放大
图7给出的是采用两种测距方法所计算的测距误差，其中虚线表示未考虑电压影响的测量误差，实线表示改进测距方程后的测量误差。通过改进测距方程，测量误差可减小1~52m，说明改进的测距方程对短路故障测距效果更好。
图7两种测距方程的误差对比
同样从图7中可以看出，故障点距离两端越近，测得的数据计算得出的误差越大，测距精度明显下降。图8所示为改进测距方程后所计算的测量距离与实际故障距A端距离的比较，可以看出误差小于供电区间(2km)十分之一。
图8故障点测量距离与实际距离的比较
结束语
(1)采用改进后的测距方法能有效改善故障测距精度。
(2)通过仿真可知，三相电源的短路容量对测距精度的影响不明显，即使是电源短路容量成倍增加，测距误差仍未发生明显变化，说明三相电源短路容量的改变不会对测距精度产生明显影响。
(3)24脉波电路电源系统中使用的变压器容量越大，得到测距误差总体上更小，测距精度明显提高，且基本能够实现在同一故障点测距精度随变压器容量呈正向非线性变化，说明变压器容量的大小是影响测距精度的重要因素之一。
参考文献
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[2]陈丹.地铁牵引供电系统故障测距研究[D].西南交通大学,2012.
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