蔣漢成 施 麒 上海鐵路局調(diào)度所

在我局高速鐵路接觸網(wǎng)跳閘的原因中，除了故障、雷擊和機車，因過負荷引起的跳閘占據(jù)了很大比重。以杭深線為例，在“7.1”調(diào)圖后饋線負荷明顯增大，過負荷跳閘頻繁發(fā)生。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，7月份杭深線共發(fā)生跳閘27件，其中過負荷造成跳閘18件，外部原因造成跳閘5件，不明原因造成跳閘4件，如圖1所示。

圖1 跳閘原因分析統(tǒng)計

根據(jù)高速鐵路客運專線有關(guān)文件指示：不明原因跳閘且重合閘成功后，對于故障測距裝置顯示的故標指示地點前后3 km區(qū)段，本線與鄰線首趟動車組列車需按規(guī)定限速運行，供電處理人員應登乘動車組對供電設(shè)備進行巡視檢查。在過負荷造成的跳閘中又不乏有重合閘失敗和重合閘未啟動而造成接觸網(wǎng)停電的情況，對高速鐵路的正常運輸秩序造成嚴重的干擾與影響。

但是，過負荷引起的跳閘和其他故障原因引起的跳閘存在著本質(zhì)區(qū)別，如果能對因過負荷原因引起的跳閘做出快速判斷，供電調(diào)度在應急處置時就可區(qū)別對待，能很大程度地減少對運輸秩序的影響。

1 過負荷跳閘的斷路器動作特征分析

“接觸網(wǎng)過負荷跳閘”并不是狹義認為的牽引變壓器過負荷保護。除了主變過負荷告警之外，因為多臺電力機車同時取流，接觸網(wǎng)上流過大電流，從而出現(xiàn)供電臂過負荷，造成牽引所饋線斷路器保護動作的現(xiàn)象，我們稱之為過負荷跳閘。

1.1 僅一行供電臂跳閘

上下行并聯(lián)運行的AT供電方式下，牽引所上下行饋線只有一行跳閘（如表1所示），重合閘成功后再次跳閘，重合閘因沒有達到充電時間未啟動。實際運行中也有重合閘成功或者失敗的情況。此類跳閘由于供電臂通過AT所和分區(qū)所環(huán)供，跳閘供電臂仍然帶有鄰線供電臂的電，實際上未造成接觸網(wǎng)停電。所以，單純地從斷路器動作現(xiàn)象能夠判斷，此類跳閘并非由故障引起，加上報文信息佐證，可以快速判斷為過負荷跳閘。

表1 過負荷一行供電臂跳閘分析

1.2 上下行供電臂同時跳閘

牽引所上下行饋線同時跳閘，重合閘均成功，短時內(nèi)一行供電臂再次跳閘，重合閘因沒有達到充電時間未啟動，AT所和分區(qū)所并聯(lián)斷路器檢有壓自動合閘功能也因有壓時間不足未啟動，造成一行供電臂停電（如表2所示）。

表2 過負荷上下行供電臂跳閘分析

實際運行中也有一行供電臂斷路器重合閘成功或者失敗的情況。此類跳閘情況較為復雜，斷路器動作較瞬時故障和斷續(xù)接地故障無明顯區(qū)別，需要查看報文后再作判斷。

2 過負荷跳閘的保護信息特征分析

2.1 保護動作類型

接觸網(wǎng)饋線保護動作類型有過流保護、阻抗保護（距離保護）以及電流增量保護。

過流保護作為距離保護的后備保護，一般按躲過供電臂的最大負荷電流的最小短路電流來整定。當供電臂內(nèi)多臺電力機車或動車組同時取流，電流超過整定值，過流保護就會啟動，是較為常見的過負荷跳閘保護類型。

阻抗保護（距離保護）作為接觸網(wǎng)饋線主保護，是通過測量阻抗實現(xiàn)對故障點距離測量的一種保護，也能通過計算阻抗值來直接反映短路故障性質(zhì)。牽引變電所內(nèi)根據(jù)實際情況選擇阻抗四邊形特性或平行四邊形特性（詳見圖2）。在供電臂內(nèi)電力機車超過牽引變壓器正常負荷能力時，不僅電流較大，母線電壓隨之下降，使測量阻抗值減小，一旦落入保護動作區(qū)，斷路器動作跳閘。

圖2 保護特性分析

電流增量保護根據(jù)故障電流和正常負荷電流在電流上升率上的差異實現(xiàn)保護，一般按照躲過最大機車啟動電流整定。實際運行中，電流增量保護較多情況下動作在重合閘成功后在斷路器跳閘且重合閘成功之后。本線斷路器跳閘后，通過AT所和分區(qū)所流向鄰線斷路器的大電流又重新流向本線斷路器，使其電流上升率陡然加大，造成電流增量保護動作。

2.2 電氣參數(shù)特征

2.2.1 電流與電壓

接觸網(wǎng)過負荷跳閘其實是正常運行的極端情況，其電流動作值或測量阻抗值較正常運行時更接近動作區(qū)，一旦落入動作區(qū)則引起保護動作。

所以不論哪種保護動作，動作值都接近整定值（略大于最大負荷電流和阻抗值），電流動作值一般在1 000 A左右，電壓值一般在21 kV左右（客專線路合成電壓在42 kV以上），電流電壓均不會發(fā)生類似于故障性質(zhì)的突變，遠小于金屬性短路故障的動作值。（詳見故障報文1、2電流、電壓值對比所示。）

2.2.2 阻抗角

過負荷情況并非故障短路或接地，阻抗角為供電臂正常運行機車取流的角度。一般正常負荷下，機車在牽引狀態(tài)為25°至40°，啟動時瞬時可至55°至60°。由于和供電臂內(nèi)的機車數(shù)量及其工作狀態(tài)有關(guān)，這個角度是不斷變化的，一般在40°以內(nèi)。以杭深線三門變電所過負荷跳閘為例：

故障報文1：8月27日11時38分42秒472毫秒，三門變電所213DL跳閘，過流I段動作，重合成功。故障電壓43.10 kV，故障電流 1337.5 A，電阻 142.04 Ω，電抗 30.75 Ω，角度 12.2°。

當接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障時，由于接觸網(wǎng)線材參數(shù)的因素，短路阻抗角一般為65°左右，金屬性接地短路時甚至可達到70°以上。以滬杭高鐵松江南牽引所供電線故障跳閘為例：

故障報文2：8月29日17時03分56秒，滬杭高鐵松江南牽引變電所211、212DL距離一段動作，211DL重合閘成功，212DL重合閘失敗。212DL饋線電流7929.69 A，T線電壓4.53 kV，T線電流429.69 A，F(xiàn)線電壓2.03 kV，F(xiàn)線電流7 500 A；線路阻抗角為65.60°。

通過對比可以看出，在天氣良好、沒有機車故障或雷電環(huán)境等其他因素干擾的情況下，阻抗角應當作為故障性質(zhì)判斷的重要依據(jù)。

3 過負荷跳閘的判斷

3.1 接觸網(wǎng)未停電的跳閘

在實際運行中，有相當一部分過負荷引起的跳閘并未造成接觸網(wǎng)停電，如表2所示跳閘報告。由于接觸網(wǎng)始終帶電，在排除保護裝置或斷路器誤動作的情況下，可以認為跳閘并非故障引起，而是過負荷跳閘。此時跳閘斷路器所在供電臂成為鄰線供電臂末端，為了避免造成鄰線斷路器因負荷過大再次跳閘，應盡快閉合跳閘斷路器恢復正常運行。

3.2 造成一行接觸網(wǎng)停電的跳閘

由于過負荷跳閘后，電力機車取流情況仍然存在，往往會造成上下行接觸網(wǎng)饋線斷路器幾乎同時跳閘，以及出現(xiàn)一行供電臂斷路器重合閘失敗或重合閘成功后再次跳閘的情況。此時，僅從斷路器動作特征難以辨明過負荷與高阻接地或斷續(xù)接地，需要認真查看分析故障報文。

當電壓較高（20 000 V以上）電流較?。? 000 A左右）阻抗角在40°以下，測距裝置顯示為T-R故障，可以判斷為過負荷，此時可以盡快對停電供電臂試送電。由于停電后電力機車取流中斷，試送電瞬間牽引負荷不會達到最大負荷電流，如果試送電失敗則為故障引起。

3.3 根據(jù)其他因素綜合判斷

鐵路接觸網(wǎng)線路距離長，地理和天氣環(huán)境復雜，為了使判斷準確可靠，還需要對其他因素進行綜合了解，避免誤判。

（1）掌握所轄線路列車運行密度，能夠了解行車高峰時間，跳閘后與列車調(diào)度聯(lián)系詢問上下行供電臂內(nèi)電力機車數(shù)量。

（2）了解天氣動態(tài)，特別是雷雨天氣，雷擊跳閘一般電流較大，但是具有很大的不確定性，且容易造成接觸網(wǎng)設(shè)備損傷，與過負荷跳閘不同，需要對接觸網(wǎng)進行實地巡視。其次，大風天氣下容易出現(xiàn)斷續(xù)接地跳閘情況，斷路器動作特征與過負荷相似，需對故障報文進行仔細解讀。

（3）熟悉其他各種故障時斷路器動作特點及故障報文內(nèi)容特征。如動車組帶電過分相或分相開關(guān)閉合時，兩相鄰所同行（上行或下行）同時跳閘，電壓較高（20 000 V以上）電流較大（2 000 A左右），阻抗角不定；故標指示沿某動車組運行方向變化，可判定為動車組故障；電壓低（17 000 V以下）電流較大（1 500 A以上）阻抗角在70°左右，可以判斷為金屬性接地故障。

（4）了解不同型號動車組列車的負荷特點，作為過負荷判斷的參考依據(jù)。通過現(xiàn)已掌握的運行經(jīng)驗，目前不同型號的動車組啟動時產(chǎn)生的啟動電流差異巨大，例如CRH380BL型動車組，在無限制條件下啟動加速時，單次列車就能造成供電臂過負荷跳閘。

4 過負荷跳閘調(diào)度處置的探討

通過日常的經(jīng)驗積累，當牽引變電所發(fā)生跳閘可明顯判定為過負荷跳閘時，調(diào)度在處置過程中應結(jié)合應急預案，優(yōu)化、調(diào)整處理程序，以保證接觸網(wǎng)正常供電、保證正常運輸秩序為第一要務。在執(zhí)行既有規(guī)章文件的條件下，建議增加如下處置：

（1）當高速鐵路與客專線路發(fā)生跳閘，饋電線為過電流保護且母線電壓不低于20 kV，線路阻抗角為負荷角，無其他異常反映，可判斷為過負荷，若重合不成功應在2 min內(nèi)恢復對接觸網(wǎng)的供電，若只有一行斷路器跳閘未重合成功，應立即遙控閉合防止鄰線斷路器再次跳閘。

（2）能夠判斷為過負荷的跳閘，聯(lián)系列車調(diào)度控制供電臂內(nèi)車流及列車追蹤時間，本線與鄰線動車組無需限速，供電人員無需登乘巡視。這樣既提高了應急處置效率、降低了對鐵路運行秩序的影響，又保證了應急搶修力量。但是發(fā)生過負荷跳閘后，在維修天窗內(nèi)應對接觸網(wǎng)主導電回路進行檢查。

（3）當高速鐵路與客專線路頻繁發(fā)生過負荷跳閘且時間段、跳閘所、點相對固定和集中時，應要求行車部門合理安排列車運行計劃，供電部門結(jié)合實際情況相應調(diào)整牽引所保護定值并要加強對供電設(shè)備主導電回路的檢查與監(jiān)測。

5 避免頻繁過負荷跳閘的措施

（1）在調(diào)整運行圖時，運輸部門應會同供電部門了解牽引負荷能力、并科學利用，合理設(shè)計列車運行間隙。

（2）充分利用牽引負荷的不平衡性，對多次調(diào)整運行圖的線路，設(shè)計部門應重新進行負荷測算，在主變?nèi)萘吭试S的范圍內(nèi)適當調(diào)整饋線保護定值。對已充分利用主變過載能力的牽引所，增加主變熱過負荷保護以及油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)等。

（3）在某些開通運營時間較長的線路，應對主變、一次側(cè)出線導線、接觸線、上網(wǎng)供電線、所內(nèi)流互及其主導電回路等主要設(shè)備重新進行能力核算，如有必要的，進行升級改造。

（4）對容易造成過負荷跳閘的新型大功率動車組，對其增設(shè)限流手柄或設(shè)置極值電流，限制其啟動電流峰值。

避免并減少過負荷跳閘，需要供電部門協(xié)同運輸、設(shè)計等部門一同從運行圖和設(shè)備等方面進行努力，從根本上解決。在日常的調(diào)度生產(chǎn)指揮中若能準確、快速地對負荷跳閘作出判斷，將能夠提高供電調(diào)度的應急處置效率，確保牽引供電的可靠性、穩(wěn)定性，為正常的運輸秩序提供有力保障。

[1]譚秀炳.鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)繼電保護[M].成都;西南交通大學出版社,2007.

[1]《上海鐵路局高速鐵路接觸網(wǎng)故障應急預案》.供發(fā)[2012]467號.