李彥吉，盧興麗，王航臣

(1 北京鐵路局 石家莊供電段，河北石家莊050000; 2 長沙理工大學，湖南長沙410114)

鐵路供電技術

高速鐵路AT供電方式故障測距異常分析處理

李彥吉1，盧興麗1，王航臣2

(1 北京鐵路局 石家莊供電段，河北石家莊050000; 2 長沙理工大學，湖南長沙410114)

對京廣高速鐵路牽引變電所2次跳閘時電流方向、大小進行了分析，發(fā)現與理論值有較大的差別，通過現場故障點的確認，提出了判別故測裝置異常和特殊情況下確定接觸網故障點的可行性方案。

高速鐵路;故障測距;電流大小;電流角度

接觸網線路故障可分為瞬時故障和永久故障。瞬時故障通過重合閘可恢復供電，但故障點往往是薄弱點，需要盡快找到加以處理，以免二次故障而危及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，而且，很多人為或瞬時的故障往往在故障后事故痕跡消失，無法重現故障情況;當永久故障時，則需迅速查明故障并及時排除，排除時間的長短直接影響到供電系統(tǒng)送電保障和運輸安全。排除時間越長，則停電所造成的損失越大。因此，牽引變電所故障測距，不僅對及時修復線路和保證可靠供電至關重要，而且對鐵路運輸安全和經濟運行都有十分重要的作用［1］。

為了適應高速鐵路接觸網電壓質量和供電能力等方面的需求，客運專線及重載線路的牽引供電系統(tǒng)均采用了AT方式，由于自耦變壓器的存在，線路中的電抗不再呈線性分布，且在高速鐵路模式中上下行AT采用全并聯方式，測距方式更為復雜。以京廣高速鐵路石家莊—安陽段為例，在牽引變電所和相應的AT所、分區(qū)所內設置了同步采集的吸上電流比原理專用AT故障測距裝置，在饋線測控裝置中設置了可分段的電抗原理測距裝置。

1 故障概況

因為吸上電流比測距裝置采集的數據豐富 ，配合AT所、分區(qū)所T、F線電流大小和方向，可以做到故障的準確分析判斷，但運行中由于接線錯誤、接觸網故障的特殊性，導致故障點的定位出現了一些偏差。

1.1 分區(qū)所F線電流遠大于理論值、相位偏差180°

(1)故障概況

2014年4月某天，高邑西變電所211，212斷路器跳閘，重合成功。石家莊方向故障測距裝置判別為下行TR故障，故障距離16.50 km，電流的大小和相位如表1。

表1 高邑西變電所跳閘報告

(2)存在問題

根據表1繪制出跳閘時各支路電流示意圖1，圖中所示電流方向為故障發(fā)生時刻的理論值。此次跳閘中

Ik為牽引變電所饋出電流，Iat為AT變吸上電流，計算誤差設定為±5%或±50 A)，表明數據同步且有效。但是對于北白樓分區(qū)所來說，按圖1所示方向，上下行F線電流和應與吸上電流的一半相等、但實際上462+1 823≠1 877/2，理論上此時下行F線電流應為477 A左右;下行T線、上下行F線電流方向及相位應該一致，但下行F線相位為119°、與理論值相差180°。

圖1 第2區(qū)間T-R短路電流關系示意圖

1.2 支路電流代數和不為0，相位異常

(1)故障概況

2013年7月某日，雷雨天氣邯鄲東變電所213、214斷路器跳閘，重合成功。鄭州方向故障測距裝置判別為下行F-R故障，故障距離8.78 km，電流的大小和相位如表2。

(2)存在問題

根據表2繪制出跳閘時各支路電流示意圖2，圖中所示電流方向為故障發(fā)生時刻的理論值。此次跳閘中∑Ik=∑Iat，表明數據同步且有效。但是對于沒有故障的上行F線來說，按圖示方向，崔曲AT所F線電流應該等于邯鄲東變電所上行F線電流與溫村分區(qū)所F線電流的和，但實際上685≠3 904+113;崔曲AT所上行T線、F線電流方向應該相反，但實際測量結果基本同相位。

表2 邯鄲東變電所跳閘報告

2 原因分析

上述2起跳閘不論電流的方向(角度)還是支路電流的數值，均與理論值出現了差別，針對這2起跳閘，進行了現場的設備檢查。

圖2 第1區(qū)間F-R短路電流關系示意圖

2.1 電流互感器二次F、N接反

針對北白樓分區(qū)所F線電流遠大于理論值、相位偏差180°問題，現場從電流互感器一次側至故測裝置交流變換元件間進行了整個兒模擬量回路的極性校驗，發(fā)現GIS柜出廠時將F431與N221接反。

圖3為故障標示回路正常的二次原理圖。從圖1中可以看出，在第2區(qū)間發(fā)生T-R短路時，T、F線電流方向相同，也就是說圖3中N線電流等于T線、F線的電流和。當F431與N221接反時，故障標示裝置F線實際測量的為一次側T、F線的電流和。按本次跳閘實際采集的數值、跳閘時F線電流應為1 823－1 362= 461，AT變吸上電流的一半1 877/2=938.5與上下行F線的電流和461+462=923相近，這樣電流關系基本平衡。

引起本次跳閘的故障點位于延康AT所附近，因T線電流較大、跳閘時故障類型判別正確;如果故障點靠近北白樓分區(qū)所，因為T線、F線電流方向一致，此時錯接于故障標示裝置F線的合成電流將會大于T線電流、會錯誤指示下行F-R故障。

圖3 北白樓分區(qū)所故障標示交流回路原理圖

2.2 F線多點故障

2013年7月某日邯鄲東變電所出現1.2的不正常跳閘后，后來邯鄲東變電所213、214再次出現了F-R故障跳閘，而跳閘時崔曲AT所、溫村分區(qū)所電流的大小與方向完全與理論值一致。出現了與7月某日完全不同的數據，排除了故障測距設備測量異常的可能。

某日的跳閘，經巡視檢查發(fā)現，邯鄲東—安陽東區(qū)間0053#AF線下錨絕緣子北京側接地端第1片有燒傷痕跡;0251#處地面有1只被電死的鳥。絕緣子燒傷處距離邯鄲東變電所3.39 km，AT測距指示距離8.78 km，絕對誤差5.17 km，相對誤差152%;死鳥位置在邯鄲東—安陽東區(qū)間0251#，距離邯鄲東變電所8.18 km，與故障標示位置接近。

該起跳閘的主要原因應為大氣過電壓引起多處絕緣子閃絡和飛鳥引起的短路。按照此假設，若如此時伴有上行F-R故障，將有2個回路的短路電流，上行支路為3 904+685+113=4 702，下行支路為4 256+924+113 =5 293，這兩個支路的電流和與整個兒回路吸上線電流一致，電流關系基本平衡。

實際上在大氣過電壓時，相同型號的接觸網絕緣子閃絡電壓也大致相同，特別在接近AT所、分區(qū)所區(qū)段，不管是T線還是F線均在此處并聯，往往引起上下行多個(片)絕緣子的閃絡。

3 結論及建議

AT牽引供電系統(tǒng)由于線路短路阻抗值是非線性的，除T-F短路外其他故障都不能通過電抗查表進行故障測距，在通常的T-R、F-PW、F-R等短路故障條件下其各AT吸上電流與故障點有比例關系，且故障段AT吸上電流最大，一般利用此特征構成的中性點吸上電流比方案測距。

實際運行中由于接觸網故障的特殊性、施工中接線錯誤等因素的影響，造成測距誤差偏大甚至錯誤的問題，這些問題通過技術人員的系統(tǒng)分析均能及時發(fā)現并能給接觸網故障的查找提供幫助。當線路故障斷路器跳閘，故障測距裝置啟動后，建議進行如下方案的處理。

(1)電抗測距法是電氣化鐵路應用多年并有豐富經驗的測距方案。斷路器跳閘在重合失敗的情況下，應用重合失敗時的電抗測距法測量值與吸上電流比測距法測量值進行對比。京廣高速鐵路采用了全并聯的AT供電方式，正常情況下接觸網上下行并聯供電，遇有故障時變電所饋線上下行開關同時動作跳閘，線路上AT所、分區(qū)所失壓保護動作跳閘，AT退出運行，2 s后變電所重合閘，若為瞬時性故障變電所重合成功，AT所、分區(qū)所檢有壓合閘投入AT，恢復全并聯的AT供電方式;若為永久性故障變電所饋線重合失敗，后加速動作瞬時跳閘，AT所、分區(qū)所將因線路無壓不動作合閘。也就是說，在變電所跳閘重合閘時、實際上是直接供電方式，若變電所重合失敗饋線后加速動作跳閘，饋線測控裝置會按電抗測距法給出故障距離，此距離應與故障測距裝置吸上電流測距法距離一致，否則應對2個不同的指示點分別安排檢查。

(2)在斷路器跳閘故障測距裝置給出有關測量數據后，技術人員應該根據這些數據勾畫出如圖1、圖2形式的電流關系示意圖，首先標注出電流方向的理論值，再將跳閘記錄中電流的角度與理論值比對。如圖1中北白樓分區(qū)所上行T線、上下行F線電流方向及相位應該一致，但表1中下行F線相位為119°、與理論值相差180°;而后將跳閘數據進行標注、計算各個節(jié)點電流的代數和，如若出現某個節(jié)點電流的流入、流出值不符合基爾霍夫電流定律(超過設定的誤差)時，必為其他原因引起。如圖2中崔曲AT所F線電流應該與邯鄲東變電所上行F線電流與溫村分區(qū)所F線電流的和相等，但實際差別較大。

通過對電流大小和方向的分析，可以判定測距裝置的運行狀態(tài)、分析接觸網跳閘合理性和其他可能性。

(3)產生大氣過電壓或操作過電壓的情況下，因為接觸網絕緣子型號、電氣性能的均一性，往往出現多棒(串)絕緣子同時閃絡。特別是在分區(qū)所、AT所附近，由于電氣上進行了并聯，上下行同時出現故障的幾率將大增。如1.2節(jié)的故障，下行F線故障情況下、上行F線不應該出現3 904 A的大電流，如此大的電流說明上行F線也應該存在接地故障。

(4)吸上電流比測距裝置故障的情況下仍能夠通過阻抗測距找到大致的故障點。實測和仿真均表明在每個區(qū)段靠近變電所的2/3范圍內牽引網阻抗仍舊是接近線性的，若故障發(fā)生在此區(qū)間、仍能夠利用電抗測距原理;在遠離變電所1/3范圍內會出現與前2/3范圍內相同的電抗點，利用畫圖的方法可安排在2個電抗測距指示點查找故障［2］。

4 結束語

AT供電方式的牽引變電所故障測距提供了豐富的信息，通過對這些信息的綜合分析能夠及時發(fā)現牽引變電所的異常狀態(tài)，更能夠給接觸網的故障處理提供建設性的幫助，但前提是專業(yè)技術人員的詳盡分析。

從上述論述中也可以看到，準確的阻抗值(主要是電抗)也是AT故障測距中較為重要的指標，在利用準確故障點修正吸上電流比測距時、也應力求對電抗值進行修正。日常運營中、技術人員應該繪制T-R、F-R、T-F短路時接觸網每條供電臂距離電抗對照圖，在極端情況下、利用該圖也能指導接觸網故障點的查找、避免故障查找的盲目性。

［1］ 天津凱發(fā)電氣股份有限公司.DK3571A電鐵故障測距裝置技術說明書［Z］.

［2］ 汪國林.對客運專線全并聯AT供電方式饋線保護整定的探討［J］.鐵道機車車輛，2014，(2):116-119，34.

U223.5+1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.14

1008－7842(2015)01－0066－03

4—)男，高級工程師(

2014－07－23)