韋強

（蘭州鐵路局 嘉峪關供電段，甘肅 嘉峪關 735100）

高速鐵路AT供電方式下的網(wǎng)孔電流分析

韋強

（蘭州鐵路局 嘉峪關供電段，甘肅 嘉峪關 735100）

對蘭新高速鐵路自開通運行以來的變電所跳閘故障進行梳理，主要包括跳閘故障數(shù)據(jù)、故障類型及故障距離的準確性等方面。結合我國高速鐵路、客運專線的供電模式及故障類型，對高速鐵路AT供電方式下，牽引變電所在不同故障類型下的網(wǎng)孔電流進行分析，以便在牽引變電所跳閘時，能夠科學判斷故障數(shù)據(jù)的準確性，及時判斷故障類型和故障距離，為跳閘原因的查找提供數(shù)據(jù)支持。

高速鐵路；AT供電；網(wǎng)孔電流；跳閘

1 概述

高速鐵路的安全運行不僅影響國民經濟的發(fā)展，同時也關系著廣大人民的生命財產安全。深入分析研究高速鐵路AT供電方式及變電所跳閘的數(shù)據(jù)，對提高牽引供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，保證設備的正常運行具有重要的現(xiàn)實意義。

蘭新高速鐵路采用AT供電方式。AT供電就是通過AT所或分區(qū)所的AT變壓器（自耦變壓器）將接觸網(wǎng)的接觸線（T線）和正饋線（F線）并聯(lián)起來的供電方式。

AT供電系統(tǒng)中，牽引變電所牽引側電壓為55 kV或兩相2×27.5 kV。牽引網(wǎng)接觸線（T線）和正饋線（F線）接在自耦變壓器的原邊，構成55 kV供電回路，而鋼軌與自耦變壓器的中點連接，使接觸網(wǎng)與鋼軌之間的電壓仍然保持在27.5 kV，因此，在列車與變電所之間形成長回路，由列車所在的AT段形成短回路。由于長回路電壓提高1倍，在相同的牽引功率下網(wǎng)上電流減小，使得電壓損失、功率損失都大大下降，供電距離延長[1]。

AT供電方式與直接供電和BT供電方式相比，由于AT供電方式正饋線（F線）的存在，使得變電所跳閘次數(shù)增多。蘭新高鐵自開通運行以來的跳閘統(tǒng)計中，由于正饋線（F線）故障引起的變電所跳閘占總跳閘件數(shù)的70%。

2 高速鐵路AT供電方式

2.1 結構特點及故障類型

AT供電方式結構包括變電所、分區(qū)所、AT所、接觸網(wǎng)設備、電力機車和鋼軌。

AT供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)結構比較復雜，共有4條并行導線，由接觸線T、承力索C、正饋線F、PW保護線組成（見圖1）。PW作為鋼軌工作回流的并聯(lián)通道，還有閃絡保護接地的作用[2]。

圖1 AT供電結構示意圖

沿線每隔一定距離并聯(lián)一自耦變壓器（AT變），從而構成多網(wǎng)孔復雜網(wǎng)絡（見圖2），短路故障概率相對增多，系統(tǒng)短路故障類型也相應增多。常見的故障類型有T-R、F-R、T-F和F-PW型短路故障。

圖2 全并聯(lián)AT供電網(wǎng)絡

2.2 線路故障時的開關跳閘情況

故障點發(fā)生在變電所和AT所之間，或發(fā)生在AT所和分區(qū)所之間，由于AT供電系統(tǒng)的阻抗非線性及AT所并聯(lián)，使有選擇性地切除故障（即上行故障跳上行，下行故障跳下行）存在困難。高速鐵路一般采用以下保護配合方式：

線路上任何一點發(fā)生故障（蘭州方向），變電所饋線斷路器211、212全部跳閘，AT所和分區(qū)所饋線斷路器241（242）、270、275失壓跳閘（上下行解列、AT解列）。變電所重合閘啟動，如果是瞬時性故障，重合閘成功，AT所270和分區(qū)所275依次檢壓合閘，系統(tǒng)恢復供電。如果是下行永久性故障，變電所下行饋線斷路器211加速跳閘，重合失敗，AT所270和分區(qū)所275斷路器檢壓合閘失敗，241（242）合閘失敗，上行斷路器212重合成功，AT所和分區(qū)所241（242）斷路器檢壓合閘成功，上行恢復供電。上行永久性故障同理。

2.3 線路故障時的行別及區(qū)段判斷

牽引變電所跳閘時，從故障報文中可以確定上下行電壓U、上下行T相電流、上下行F相電流、故障距離、上下行別等故障參數(shù)，根據(jù)電量參數(shù)可以確定短路點在第一個AT段（牽引變電所與AT所之間的網(wǎng)孔）還是在第二個AT段（AT所與分區(qū)所之間的網(wǎng)孔）、短路故障是上行還是下行以及短路類型。

當牽引變電所電流參數(shù)與AT所電流參數(shù)有一相比較大，而分區(qū)所上下行電流參量基本平衡時，可以確定故障點在牽引變電所與AT所區(qū)段，則只分析變電所IT1（下行T線電流）、IT2（上行T線電流）、IF1（下行F線電流）、IF2（上行F線電流），在4個電流中找出最大者即可判斷上下行別及故障線路。

當AT所電流參數(shù)與分區(qū)所電流參數(shù)有一相比較大，而牽引變電所上下行電流參量基本平衡時，可以確定故障點在AT所與分區(qū)所區(qū)段，則只對子所1（AT所）和子所2（分區(qū)所）的故障電流進行比較判斷，找出上下行T線、F線電流當中的最大者，即可判斷上下行別及故障線路[3-4]。

3 網(wǎng)孔電流分析法

3.1 分析原理

根據(jù)電學原理及AT供電方式結構特點，機車受電弓在正常取流時T相與F相中的電流方向相反，在每一個節(jié)點，根據(jù)基爾霍夫電流定律，由牽引變電所、分區(qū)所、AT所流進或流出同一節(jié)點的電流滿足基爾霍夫電流定律。

3.2 不同故障類型的網(wǎng)孔電流分析

對跳閘數(shù)據(jù)分析前首先進行跳閘數(shù)據(jù)的同步性校驗[5]。根據(jù)AT供電系統(tǒng)的供電特點，數(shù)據(jù)同步性分析原則如下：（1）供電臂上下行饋出總電流=負荷（或短路）電流；（2）供電臂各所AT吸上電流和=負荷（或短路）電流。

3.2.1 T-R型短路故障

某牽引變電所213、214斷路器跳閘，故障報告數(shù)據(jù)見表1。

變電所故障類型：上行T-R故障；故障公里標：2 196.300；故障距離：5.09 km；測距法：AT測距法。網(wǎng)孔電流分析見圖3。

表1 T-R故障變電所跳閘數(shù)據(jù)

圖3 T-R故障情況下的網(wǎng)孔電流分析

數(shù)據(jù)同步性校驗：

供電臂饋出電流 Ik=915+4 068=4 983 A。

各所AT吸上電流分別為：Iatss=3 075 A，Iat1=281 A，Iat2=1 627 A。

供電臂總吸上電流∑Iat=3 075+281+1 627=4 983 A。從圖3網(wǎng)孔電流分布可得：短路電流 Id=4 972 A。

考慮電流互感器自身誤差及裝置測量誤差，供電臂饋出電流近似與供電臂吸上總電流相等，即可判定數(shù)據(jù)滿足同步條件。

3.2.2 F-R型短路故障

某牽引變電所211、212斷路器跳閘，故障報告數(shù)據(jù)見表2。

變電所故障類型：下行F-R故障；故障公里標：2 124.300；故障距離：16.23 km；測距法：AT測距法。網(wǎng)孔電流分析見圖4。

表2 F-R故障變電所跳閘數(shù)據(jù)

圖4 F-R故障情況下的網(wǎng)孔電流分析

數(shù)據(jù)同步性校驗：

供電臂饋出電流 Ik=1 639+1 627=3 266 A。

各所AT吸上電流分別為：Iatss=101 A，Iat1=774 A，Iat2=2 617 A。

供電臂總吸上電流∑Iat=774+2 617-101=3 290 A。

從圖4網(wǎng)孔電流分布可得：短路電流 Id=3 273 A。

3.2.3 T-F型短路故障

某牽引變電所213、214斷路器跳閘，故障報告數(shù)據(jù)見表3。

變電所故障類型：下行T-F故障；故障公里標：2 329.100；故障距離：20.55 km；測距法：AT測距法。網(wǎng)孔電流分析見圖5。

由于T-F故障類型下，故障電流由T相流向F相，牽引變電所、AT所、分區(qū)所鋼軌回流在節(jié)點處是平衡的，滿足基爾霍夫電流定律。

表3 T-F故障變電所跳閘數(shù)據(jù)

圖5 T-F故障情況下的網(wǎng)孔電流分析

AT所與分區(qū)所吸上電流分別為：Iat1=176 A，Iat2=125 A，兩者相加為301 A，與牽引變電所吸上電流 Iatss=297 A是平衡的。

從圖5網(wǎng)孔電流分布可得：短路電流 Id=1 945 A。

3.2.4 F-R特殊類型短路故障

短路故障點發(fā)生在自耦變壓器與電流互感器之間F相時的網(wǎng)孔電流分析如下：由于分區(qū)所自耦變壓器前端斷路器故障，引起變電所饋線斷路器跳閘，從分區(qū)所主接線圖可以看出，故障斷路器位于自耦變壓器與電流互感器之間，當斷路器絕緣擊穿時，短路接地時短路電流一部分流向自耦變壓器，一部分流向電流互感器（見圖6）。

某牽引變電所211、212斷路器跳閘，故障報告數(shù)據(jù)見表4。

圖6 斷路器故障示意圖

表4 F-R特殊類型故障變電所跳閘數(shù)據(jù)

變電所故障類型：上行F-R故障；故障公里標：2 329.100；故障距離：20.55 km；測距法：AT測距法。網(wǎng)孔電流分析見圖7。

數(shù)據(jù)同步性校驗：

供電臂饋出電流 Ik=1 827+1 830=3 657 A。

各所AT吸上電流分別為：Iatss=152 A，Iat1=3 223 A，Iat2=590 A。

供電臂總吸上電流∑Iat=3 223+590-152=3 661 A。

從圖7網(wǎng)孔電流分布可得：短路電流 Id=3 641 A。

4 結束語

高速鐵路在AT供電方式下，網(wǎng)孔電流分析作為變電所跳閘數(shù)據(jù)的分析方法，可以發(fā)揮以下作用[5]：

圖7 斷路器故障情況下的網(wǎng)孔電流分析

（1）通過網(wǎng)孔電流分布圖，可以判斷跳閘數(shù)據(jù)的準確性，以及保護裝置與故障裝置數(shù)據(jù)的同步性。

（2）通過網(wǎng)孔電流分析，可以判斷接觸網(wǎng)故障類型及上下行別，為現(xiàn)場調度指揮提供準確的數(shù)據(jù)保障。

（3）通過網(wǎng)孔電流分析，可以發(fā)現(xiàn)一些參數(shù)及設備二次接線是否正確，通過數(shù)據(jù)對比可分析電流互感器變比參數(shù)是否正確，通過電流方向可確定極性二次接線是否正確。

通過網(wǎng)孔電流分析能夠及時準確判斷故障類型、確認跳閘數(shù)據(jù)的準確性，為消除安全隱患，及時查找跳閘原因提供有力的數(shù)據(jù)支撐，確保高鐵安全運行。

[1] 徐紅紅，張雷．AT牽引供電方式的分析及應用[J].鐵道運營技術，2007(4)：8-11.

[2] 李崗，林國松，韓正慶．新型AT供電牽引網(wǎng)故障測距方案[J]．電力系統(tǒng)及其自動化學報，2013(3)：31-34.

[3] 王斌，高仕斌．全并聯(lián)AT供電牽引網(wǎng)故障測距方案的研究[J]．電氣化鐵道，2006(5)：5-8.

[4] 魏儔元，張忠杰，趙憲文，等．基于通信服務模式的AT供電故障測距方案[J]．中國鐵路，2014(3)：70-73.

[5] 吳德范．高鐵非正常供電方式下故障測距方法的研究[J]．電氣化鐵道，2006(5)：14-16.

責任編輯 盧敏

Analysis on Mesh Current in AT Power Supply Mode of High Speed Railway

WEI Qiang
（Jiayuguan Power Supply Depot，Lanzhou Railway Administration，Jiayuguan Gansu 735100，China）

This paper analyzes the tripping fault of the substation, which mainly includes data, data type and distance accuracy related with tripping fault, etc. since the traffic opening of Lanzhou-Urumqi high-speed railway. Combined with the power supply mode and fault type of China's high-speed railway and Passengerdedicated Line, the mesh current of traction substation with diferent fault types in the AT power supply mode of high-speed railway is analyzed so as to judge the fault data accuracy in a scientifc way and determine the data type and distance in time, providing data support for fnding the cause of trip.

high speed railway；AT power supply；mesh current；trip

U226

：A

：1001-683X（2017）07-0055-05DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.055

2017-01-15

韋強（1989—），男，助理工程師，本科。 E-mail：421830126@qq.com