王優(yōu)權 上海鐵路局調度所

接觸網開關遠動控制拒動原因探討

王優(yōu)權 上海鐵路局調度所

接觸網上的遠控開關是快速判斷故障區(qū)段、隔離故障區(qū)段的重要工具。當接觸網故障時，利用遠控開關將故障設備隔離，縮小停電范圍，及時恢復接觸網正常供電，遠控開關是否能可靠動作，是其應有功能得以實現(xiàn)的關鍵。通過對接觸網開關控制部分電源故障的原因分析，得出相應的防范措施。

接觸網；開關；拒動；原因；探討

接觸網設置在露天鐵路沿線，工作環(huán)境惡劣，設備沒有備用。當接觸網發(fā)生故障時，如果不能迅速隔離故障區(qū)段，將造成上（下）行甚至雙線10km～30km接觸網失電，這將極大的影響行車組織甚至造成行車中斷。遠程控制的接觸網開關能迅速的隔離故障點，使停電在一最小范圍，恢復正常設備供電，將接觸網故障對行車的影響減少到最小。但接觸網遠動開關經常操作拒動，其動作的可靠性急待提高。

例如：2013年7月12日17:09徐州東牽引所213、214斷路器跳閘，重合閘不成功，故標0.8km。試送電失敗，依據保護信息和故標初步判斷為供電線電纜故障，制定搶修預案為甩開故障電纜，實施越區(qū)供電。17:22遠控分斷703、704單元上網隔開3131、3141GK不成功，所內操作也不成功。直至18:12人員已到達現(xiàn)場，方才當地分斷3131、3141、3131F、3141F上網隔開，甩開故障電纜，恢復703、704單元供電。由于3131、3141GK機構操作電源開關跳閘，致使遠動操作不成功，造成京滬高鐵703、704單元延遲50min才恢復供電，京滬高鐵徐州東到宿州東站間上下行線中斷行車1個多小時，極大干擾了運輸秩序。

遠程控制的接觸網開關拒動，極大延誤了對故障區(qū)段的隔離，嚴重影響列車安全運行。必須對其拒動原因進行詳細分析，找出原因，采取措施，切實提高動作的可靠性。

1 設備原理

遠程控制的接觸網開關是由調度端發(fā)出控制命令，執(zhí)行端接收命令，實現(xiàn)分合閘操作，其執(zhí)行端設備主要由電動隔離開關本體，電動隔離開關操動機構、光纖通信傳輸設備（或無線通信傳輸設備）、數據轉換裝置及工作電源組成。其中電動隔離開關操動機構、光纖通信傳輸設備（或無線通信傳輸設備）及數據轉換裝置安裝在開關箱內。其電源由牽引變電所、AT所、分區(qū)所或電力箱變引來。設備具體的配置如圖1所示。

圖1 遠程控制接觸網開關執(zhí)行端設備圖

2 設備運行情況及存在的問題分析

正常情況下，遠程控制的接觸網開關很少操作，但當設備故障時，接觸網開關必須可靠動作，達到快速隔離故障點或給非故障接觸網供電的目的。由于遠程控制的接觸網開關安裝在接觸網線路上，室外氣候多變，環(huán)境復雜，容易引起故障。故障產生后，由于遠程控制的接觸網開關本體、通信設備箱和操作機構箱這些設備均是安裝在線路上，必須在天窗點封鎖線路上道處理。而且遠程控制接觸網開關很多，且分布范圍廣，發(fā)生故障后不能及時修復，造成接觸網開關長時間不能進行遠程控制，特別是普速鐵路一些遠程控制的接觸網開關長期處于失控狀態(tài)。根據上海局去年所有普速和高鐵遠程控制的接觸網開關拒動的運行統(tǒng)計，主要故障原因如下表1所示。

表1 接觸網開關設備故障原因統(tǒng)計

可以看出電源故障發(fā)生的概率最高，電源故障將造成RTU失電、通信不通、電機失電等，是我們需要重點分析解決的問題。電機故障、機械故障、通信設備故障主要依靠我們嚴格進貨檢驗，按標準安裝調試，合理安排檢修計劃，精檢細修，不斷提高檢修工藝，檢修質量等來預防和降低故障發(fā)生的概率，確保設備的可靠運行。

3 電源故障原因分析

接觸網線路上的遠程控制開關電源故障發(fā)生的概率很高，而牽引所，AT所，分區(qū)所內的遠程控制開關卻很少發(fā)生電源故障。

通過對遠程控制的接觸網開關發(fā)生電源故障時，當時的氣候條件及周邊設備運行狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)某供電臂內有接觸網開關電源發(fā)生故障時，多伴隨該供電臂相應的饋線斷路器在同一時間跳閘或當時現(xiàn)場有打雷的情況。以京滬、合蚌高鐵為例，自2013年6月至2013年8月，接觸網開關的電源設備共發(fā)生了13次故障。其中4次，接觸網饋線斷路器在同一時間跳閘（見表2）。

表2 接觸網跳閘時，網開關電源情況

另外9次接觸網饋線斷路器雖然沒有發(fā)生跳閘，但經牽引所值班員和網工區(qū)人員反映，當時現(xiàn)場都有打雷現(xiàn)象。

以京滬高為例，通過對京滬高鐵703、704單元上的接觸網上網點隔開3131、3141、及并聯(lián)開關3102，F(xiàn)線隔開3131F、3141F；京滬高 713、714單元分相開關 3001、3002、3003、3004，上網點開關3111F、3111、3121F、3121的工作電源電纜路徑走向進行檢查，發(fā)現(xiàn)其與綜合地線在同一電纜溝內平行鋪設。還有與京滬高鐵703、704單元,713、714單元供電線高壓電纜并行，且有一部分同溝（見圖2）。

圖2 現(xiàn)場遠動開關電源電纜布置圖

即使正常運行狀態(tài)時，緊鄰平行敷設的電纜之間都存在電氣干擾。特別是接觸網線路又是一個單相回路，當饋線發(fā)生故障并跳閘時，瞬間變化巨大的故障電流，在周邊設備產生很大的感應磁場，磁場交鏈周圍的鐵磁物質，產生一個非常高的尖峰感應電勢，其大小取決于電流大小、上下行導線間距、并行距離等。計算公式為：

上式中，M為互感，ω為角頻率，I為高壓供電線中的突變電流。

根據GB50217《電力工程電纜設計規(guī)范》要求，當電磁感應的干擾較大時，電纜屏蔽層宜采用兩點接地。但是由于鐵路交流牽引供電系統(tǒng)是利用軌、地進行回流的，如果接觸網開關的工作電源電纜采用屏蔽層兩點接地，在牽引負荷運行的過程中，將有大量的牽引回流通過電纜的屏蔽層向變電所回流，造成電纜發(fā)熱使電纜芯線的絕緣損壞，在電氣化區(qū)段不能采用。

當高壓線路故障跳閘時，由于高壓供電線中突變電流將達到6000A以上，且接觸網開關的工作電源電纜與供電線高壓電纜有并行且部分同溝，以平行500m為例，遠動隔離開關工作電源電纜上將會產生一個非常高的尖峰感應電勢，達到8kV以上。造成設備故障，開關跳閘。

同樣，接觸線遭雷擊時，感應雷侵入接觸網供電線高壓電纜、綜合接地線，雷電波會在接觸網開關工作電源電纜上感應出一個更高的尖峰感應電勢，對網開關的通信設備和電動操作機構產生影響，如插板的絕緣閃絡和瞬間短路使工作電源開關跳閘、過電壓使監(jiān)控單元板絕緣擊穿及電機燒毀，電機過電壓保護造成開關跳閘，燒壞防浪涌保護等非常嚴重的破壞，特別是電源開關跳閘發(fā)生比較頻繁，造成遠控開關拒動。

4 現(xiàn)場分析

當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者過電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。接觸網遠動隔開都裝有浪涌保護器，但電源故障還是常用發(fā)生。

經過對遠動隔開控制回路進行了詳細的了解和分析。主要發(fā)現(xiàn)以下一些問題：

（1）開關位置無法監(jiān)控，且開關箱內設置有7組空開，空開多且分級設置容易造成空開跳閘。

（2）安裝的浪涌保護器采用氧化鋅與氣體放電管組合形式，放電管型浪涌保護器殘壓大，會造成設備故障。

（3）浪涌保護器安裝在開關負荷側，對電源開關沒有起到保護作用。

（4）浪涌保護器設置時主要考慮操作過電壓，在開關本體機構控制箱安裝了C級，放電容量為20kA的防浪涌保護器。而根據低壓浪涌保護器設置規(guī)定，有雷電感應的線路進配電箱、開關箱處加裝的浪涌保護器放電容量不小于40kA，設置的浪涌保護器放電容量不足。

5 應對措施

（1）對RTU箱、網隔機構箱內二次線進行改造，簡化RTU箱和開關機構箱電源回路接線，原來開關箱內的7組空開去除4組，并且在空氣開關上加裝位置輔助接點，通過RTU上傳空氣開關位置信號至所亭后臺和調度端，包括RTU箱內空開和操作機構箱內空開及其它空氣開關，以便隨時監(jiān)視開關狀態(tài)。

（2）將戶外機構箱、RTU箱內的電涌保護器均更換為氧化鋅型，避免發(fā)生空氣開關跳閘。

（3）全部將浪涌保護器改接到箱內空氣開關的電源側。

（4）在接觸網開關電源總開關前加裝放電容量為60kA,響應時間不大于25ns的電源防雷器，以增大放電的容量。在電源設備出線處和開關電源分支箱處加裝電源防雷器，加強對供電電纜自身和出線電源總開關的保護（見圖3）。

圖3 電源防震器安裝位置情況

（5）在通信傳輸、數據轉換、電機控制部分的內部電源部分，因電壓低，過電壓入侵危更容易發(fā)生故障。在其電路板上安裝內置式電源防雷器，以完全消除縮小瞬態(tài)過電壓。

（6）降低接觸網開關裝置防雷接地電阻，防雷接地電阻不能大于4Ω，防雷接地引線采用截面積不小于16mm2的多股軟銅絞線。

6 結束語

隨著電氣化鐵路的發(fā)展，高速動車組及直供電列車的開行，接觸網不再只是向電力機車提供動力源，而且向旅客車廂內空調、照明等提供電源，這對接觸網供電的可靠性提出了更高的要求。遠程控制接觸網開關在接觸網故障時可以及時恢復非故障接觸網正常供電，這對于日益依賴供電的行車組織具有極其重要的作用，接觸網開關遠動操作可靠性的提高具有非常重要的現(xiàn)實意義。

[1]UTEC15-443.低壓浪涌保護器的選擇與應用.

[2]《電力工程電纜設計規(guī)范》.GB50217-2007.

[3]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》.GB50343-2009.

[4]鐵建設函[2005]47號.新建時速300km～350km客運專線鐵路設計暫行規(guī)定[S].

責任編輯：許耀元 朱挺

來稿日期：2014-08-13