(太原鐵路局供電處，山西 太原 030013)

1 引言

牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)由于運(yùn)行環(huán)境的特殊性，每年都會(huì)發(fā)生多起開關(guān)跳閘事件，中斷供電影響鐵路運(yùn)輸。絕大多數(shù)接觸網(wǎng)跳閘都是接地短路性質(zhì)的跳閘。因此模擬接觸網(wǎng)對(duì)地短路故障進(jìn)行短路試驗(yàn)，準(zhǔn)確掌握接觸網(wǎng)阻抗值等主要參數(shù)，可以更加準(zhǔn)確的進(jìn)行保護(hù)定值的設(shè)定和故標(biāo)參數(shù)設(shè)置，對(duì)接觸網(wǎng)的故障分析判斷具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2 短路試驗(yàn)方法和存在的問題

2.1 接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)項(xiàng)目

新建高速鐵路供電方式一般為AT供電方式，《牽引網(wǎng)供電狀態(tài)測控系統(tǒng)試驗(yàn)方案》規(guī)定接觸網(wǎng)模擬短路試驗(yàn)的項(xiàng)目主要有：全并聯(lián)方式下的接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)和正饋線對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)、不并聯(lián)方式下的接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)和正饋線對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)、直接供電方式下的接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)、接觸網(wǎng)和正饋線之間的短路試驗(yàn)。

2.2 接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)接地方法

《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》(TB10761-2013)8.1.4規(guī)定，“應(yīng)采用接觸線對(duì)鋼軌、正饋線對(duì)鋼軌2種方式進(jìn)行接觸網(wǎng)模擬短路試驗(yàn)”，“接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)點(diǎn)，AT供電方式宜設(shè)于第一AT段末端及第二AT段中間位置”。

《牽引網(wǎng)供電狀態(tài)測控系統(tǒng)試驗(yàn)方案》中規(guī)定短路試驗(yàn)時(shí)按永久性接地方案接地。具體方法是：接觸線永久性接地短路連接順序由上至下為：接觸網(wǎng)腕臂—120mm2軟銅絞線—鋼軌。正饋線永久性接地短路連接順序由上至下為：正饋線—120mm2軟銅絞線—鋼軌。

2.3 短路試驗(yàn)接地方案存在的問題

接觸網(wǎng)模擬短路試驗(yàn)時(shí)，按要求需要做接觸網(wǎng)或正饋線對(duì)鋼軌的短路，但AT供電方式下短路電流很大，短路電流值達(dá)到3000A～6000A，如短接線與鋼軌連接狀態(tài)不良，在大短路電流通過時(shí)會(huì)燒傷鋼軌，雖然現(xiàn)場可以采取短接線與鋼軌之間增加墊板、涂抹導(dǎo)電膏等緊密連接等措施，但在鋼軌連接點(diǎn)部位仍然會(huì)出現(xiàn)不同程度燒傷。

3 短路試驗(yàn)分析

3.1 接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)的目的

測試接觸網(wǎng)人工短路狀態(tài)下的牽引變電所、分區(qū)所、AT所接觸網(wǎng)短路電壓、電流參數(shù)，并記錄波形。計(jì)算AT吸上電流比，分析計(jì)算短路點(diǎn)所在供電臂線路阻抗，驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作邏輯。

3.2 短路試驗(yàn)的理論分析

接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)點(diǎn)，AT供電方式宜設(shè)于第一AT段末端及第二AT段中間位置，我們以第一AT段末端的短路試驗(yàn)為例，當(dāng)靠近AT所處發(fā)生接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路時(shí)的短路電流路徑示意圖如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路時(shí)的短路電流路徑示意圖

接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)時(shí)，短路電流的路徑為：變電所主變—接觸網(wǎng)—鋼軌—附近的吸上線—保護(hù)線—變電所集中接地箱。

如果接觸網(wǎng)對(duì)地短路，由于大地與鋼軌、吸上線等之間的絕緣措施，所以短路電流的主要路徑為：變電所主變—接觸網(wǎng)—大地—變電所地網(wǎng)—變電所集中接地箱。

3.3 效果對(duì)比分析

從接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)和對(duì)地短路試驗(yàn)的短路電流路徑對(duì)比中，可以看出對(duì)鋼軌進(jìn)行短路試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是短路電流的回路非常暢通，對(duì)于測試接觸網(wǎng)模擬短路狀態(tài)下的牽引變電所、分區(qū)所、AT所接觸網(wǎng)短路電壓、電流參數(shù)，計(jì)算AT吸上電流比，分析計(jì)算短路點(diǎn)所在供電臂線路阻抗等是接近于理論值，可以進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，可以準(zhǔn)確檢驗(yàn)繼電保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。

對(duì)地進(jìn)行短路試驗(yàn)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性相對(duì)較低。

3.4 對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)可能的后果

鐵運(yùn)(2012)83號(hào)《關(guān)于印發(fā)<高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)>》(TG/GW115-2012)第3.4.2條規(guī)定“鋼軌表面缺陷深度允許偏差熱軋狀態(tài)下刮傷、軋痕、縱向裂紋、折疊、氧化皮壓入軋痕深度，允許偏差，軌頭踏面不大于0.35mm，其它部位不大于0.50mm”。第5.2.1條第三項(xiàng)第3款規(guī)定“對(duì)緊急處理或臨時(shí)處理處所，宜于當(dāng)日天窗內(nèi)采用原位焊復(fù)或插入短軌焊復(fù)處理。進(jìn)行焊復(fù)處理時(shí)，應(yīng)保持無縫線路鎖定軌溫不變。作業(yè)軌溫宜低于實(shí)際鎖定軌溫0℃～20℃。當(dāng)采用插入短軌焊復(fù)時(shí)，短軌長度不得小于20m?！?/p>

在對(duì)鋼軌進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，在短接線與鋼軌連接點(diǎn)只是通過接地線夾、墊板、導(dǎo)電膏等機(jī)械連接，可能會(huì)燒傷鋼軌。也就是說，只要連接部位的鋼軌燒傷超過0.50mm，就需要采用插入短軌焊復(fù)，短軌長度不得小于20m。約需直接費(fèi)用15萬元。不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且可能對(duì)高鐵運(yùn)行安全造成影響。

4 短路試驗(yàn)接地方案探討

針對(duì)從接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)和對(duì)地短路試驗(yàn)存在的弊端，我們需要尋求一種解決方案，使得短路試驗(yàn)時(shí)短接線不與鋼軌直接連接，但可以達(dá)到與之相近的試驗(yàn)效果。

4.1 短路電流路徑分析

對(duì)鋼軌短路試驗(yàn)時(shí)，短路電流的路徑：①變電所主變—②接觸網(wǎng)—③鋼軌—④附近的吸上線—⑤保護(hù)線—⑥變電所集中接地箱。如果省略其中第③個(gè)環(huán)節(jié)，同樣可以達(dá)到短路試驗(yàn)的目的。那么短路電流的路徑變?yōu)椋孩僮冸娝髯儭诮佑|網(wǎng)—③附近的吸上線—④保護(hù)線—⑤變電所集中接地箱，這也是暢通的回流通路。

4.2 改進(jìn)方案

通過短路電流路徑分析，我們可以采取短接線不與鋼軌連接，改為在供電臂中吸上線附近作為短路試驗(yàn)點(diǎn)，將接觸懸掛與吸上線直接連接進(jìn)行短路試驗(yàn)。采用這個(gè)方案進(jìn)行短路試驗(yàn)短路電流的路徑變?yōu)椋孩僮冸娝髯儭诮佑|網(wǎng)—③附近的吸上線—④保護(hù)線—⑤變電所集中接地箱，短路電流也可以暢通地回流，達(dá)到與鋼軌直接連接進(jìn)行短路試驗(yàn)相同的試驗(yàn)效果。

接觸網(wǎng)與吸上線直接連接進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，由于吸上線可能與扼流變壓器相連，試驗(yàn)時(shí)會(huì)對(duì)扼流變壓器產(chǎn)生大電流沖擊，對(duì)扼流變壓器造成損壞。為了避免扼流變壓器損壞，可以采取如下措施：一是短路點(diǎn)選擇在空載扼流變壓器附近的吸上線進(jìn)行；二是將短路試驗(yàn)點(diǎn)附近1公里范圍內(nèi)的扼流變壓器與鋼軌連接點(diǎn)拆除。這樣既可避免短路電流分流影響試驗(yàn)準(zhǔn)確性，又能保證短路試驗(yàn)點(diǎn)附近設(shè)備的安全。

5 結(jié)束語

接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)是電氣化鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的最后一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，不僅是對(duì)斷路器及其保護(hù)裝置性能的檢驗(yàn)，也是對(duì)牽引變電所設(shè)備安裝接線是否正確可靠的檢測手段，同時(shí)也是對(duì)相關(guān)各電氣部件的沖擊試驗(yàn)。新建電氣化鐵路線牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行接觸網(wǎng)模擬短路試驗(yàn)，可以驗(yàn)證供電臂牽引網(wǎng)供電狀態(tài)測控系統(tǒng)的基本性能和基本算法，根據(jù)測試結(jié)果指導(dǎo)牽引網(wǎng)供電狀態(tài)測控系統(tǒng)的調(diào)整和優(yōu)化，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)、滿足運(yùn)行要求。