李 瑞,肖世輝
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京滬高鐵華苑牽引變電所三起跳閘故障分析
李 瑞,肖世輝
對京滬高鐵華苑牽引變電所3起跳閘故障進行了原因分析,通過改進措施的實施,驗證了分析的正確性。
AT供電;京滬高鐵;跳閘分析;吸上電流比
京滬高速鐵路(簡稱京滬高鐵)作為京滬快速客運通道,線路由北京南站至上海虹橋站,全長 1 318 km,縱貫北京、天津、上海3大直轄市和冀魯皖蘇4省,是我國“四縱四橫”客運專線網(wǎng)的其中“一縱”,也是我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中投資規(guī)模大、技術(shù)水平高的一條線路。京滬高鐵是新中國成立以來一次建設(shè)里程長、投資大、標準高的高速鐵路,于2008年4月18日正式開工建設(shè),2011年6月30日通車運營。本文將對京滬高鐵供電系統(tǒng)中華苑牽引變電所的3起跳閘故障進行分析。
京滬高鐵華苑牽引變電所(以下簡稱華苑)位于天津轄區(qū)內(nèi),采用全并聯(lián)AT供電方式(圖1),北京方向供電臂包含曹莊AT所(以下簡稱曹莊)和雙口分區(qū)所(以下簡稱雙口),于2011年正式送電開通。
圖1 華苑變電所供電方式示意圖
華苑變電所北京方向供電臂除向京滬正線供電外,還承擔著為京津聯(lián)絡(luò)線供電的任務(wù),其供電示意如圖2所示。其中曹莊AT所W01和W02常閉,供01和供03常閉,京津聯(lián)絡(luò)線W131和W132常開。
圖2 華苑變電所北京方向供電示意圖
華苑牽引變電所及相關(guān)北京方向所亭于2017年初連續(xù)發(fā)生3起跳閘故障,分別為:
(1)2017年1月17日,曹莊AT所273阻抗保護Ⅰ段跳閘,故障原因為和諧號列車在京津聯(lián)絡(luò)線過分段W131時,由于分段兩側(cè)壓差造成跳閘;
(2)2017年2月27日,曹莊AT所273、274阻抗保護Ⅰ段跳閘,故障原因為和諧號列車在京津聯(lián)絡(luò)線過分段W132時,由于分段兩側(cè)產(chǎn)生壓差造成跳閘;
(3)2017年4月2日,曹莊AT所271、272失壓跳閘,273、274阻抗保護Ⅰ段跳閘,華苑變電所211、212阻抗保護Ⅰ段跳閘,故障原因為京滬正線上出現(xiàn)異物造成接地短路。
以上3起跳閘都造成曹莊AT所W02接觸網(wǎng)隔離開關(guān)(以下簡稱網(wǎng)隔)機構(gòu)箱浪涌保護器和電源空氣開關(guān)燒毀。
結(jié)合上述故障信息可看出,2017年4月2日跳閘事件故障點在京滬正線上,曹莊AT所273、274也同時跳閘;3起跳閘事件均造成曹莊AT所網(wǎng)隔W02浪涌保護器和電源空氣開關(guān)燒毀。
(1)針對故障點在京滬正線上,曹莊AT所273、274同時跳閘的分析。
經(jīng)調(diào)查,2017年4月2日華苑211、212阻抗I段跳閘,曹莊271、272失壓跳閘,273、274電流速斷跳閘,3處跳閘均重合閘成功。華苑211、212,曹莊271、272跳閘均為正常保護動作。2017年1月17日和2月27日在分段處受電弓由于W131和W132兩側(cè)電壓差發(fā)生跳閘后,為了避免分段處兩側(cè)電壓差,將供電聯(lián)絡(luò)線隔離開關(guān)W131和W132的原常開狀態(tài)改為常閉狀態(tài),故障電流可經(jīng)由華苑223開關(guān)通過曹莊分區(qū)兼開閉所231、242和243開關(guān)及曹莊AT所的273、274開關(guān),所以當正線發(fā)生故障時3個所的開關(guān)都會動作。
由供電示意圖(圖2)可知,網(wǎng)隔W131、W132由常開改成了常閉,產(chǎn)生2個嚴重后果:
a.當網(wǎng)隔W131、W132處于分位時,2個分段內(nèi)任一側(cè)發(fā)生故障,不會影響另一側(cè)的正常運行;當均處于合位時,2個分段構(gòu)成了一個完整的整體,如果區(qū)段任一點發(fā)生故障,必將先引起曹莊273、274跳閘,然后華苑211、212跳閘,因此擴大了故障范圍。
b.由于采用AT全并聯(lián)供電方式,理想狀況下的吸上電流法故障測距原理如圖3所示。
圖3 AT供電方式下的吸上電流比法
故障距離及漏抗計算式為
當網(wǎng)隔處于合位時,正常供電臂上多了一個大的電流分支,造成故障測距計算(吸上電流比法)誤差過大,影響故障點的查找。
綜上所述,網(wǎng)隔W131、W132應(yīng)保持常開狀態(tài)。
(2)針對3起跳閘均引起曹莊AT所網(wǎng)隔W02浪涌保護器和控制電源空氣開關(guān)燒毀的分析。
由于AT供電系統(tǒng)的特殊性,理論上各所回流的80~90%經(jīng)PW線或NF線回流,10~20%經(jīng)地網(wǎng)和其他途徑回流。京滬高鐵變電所、AT所和分區(qū)所監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,地回流約占總回流的25%,基本符合理論要求。
京滬高鐵AT區(qū)段未設(shè)回流NF線,PW線起回流線作用,且PW線支柱底座為非絕緣型。另外,京滬高鐵全線設(shè)有扼流變壓器,PW線回流均經(jīng)扼流變壓器通過吸上電流線流回各供電所亭,以抵消正線的電磁干擾。流經(jīng)兩鋼軌的牽引電流在軌道絕緣處,因上、下線圈中產(chǎn)生的磁通相等但方向相反,總磁通等于零,其對次級線圈的信號設(shè)備不產(chǎn)生任何影響。信號電流因極性交叉,在2臺扼流變壓器中點處電位相等,故不會越過絕緣節(jié)流向另一軌道電路區(qū)段,而流回本區(qū)段,在次級線圈感應(yīng)出信號電流。扼流變壓器結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 扼流變壓器結(jié)構(gòu)
因此,經(jīng)綜合判斷該故障發(fā)生的可能原因為:網(wǎng)隔W02浪涌保護器本身存在缺陷且PW回流通道連接效果較差。如果PW線回流路徑存在問題,將造成接地網(wǎng)和其他途徑的回流比加大。當機車或故障點電流不是由曹莊AT所主供時,因電流很小,對其缺陷浪涌保護器影響較小。但如果發(fā)生故障且距曹莊所最近時,即故障電流大部分由曹莊所提供時,故障產(chǎn)生的大電流無法正常通過PW線回流,絕大部分由綜合接地網(wǎng)流回所亭,但由于曹莊網(wǎng)隔W02的流涌保護器存在缺陷,且故障電流總量很大,因此會對浪涌保護器造成影響,導致浪涌保護器和電源空氣開關(guān)燒毀。
檢修人員于2017年4月15日對曹莊AT所的集中接地箱數(shù)據(jù)進行了長時間采集,得到地回流占總回流的85%,據(jù)此證明了以上分析的正確性。
經(jīng)天窗點內(nèi)上線檢查發(fā)現(xiàn),曹莊所回所扼流變壓器到集中接地箱電纜接頭處銹蝕嚴重,打磨處理后,測得所內(nèi)地回流和總回流比值恢復正常,同時對曹莊AT所網(wǎng)隔W02整組4支浪涌保護器進行了更換。在該供電臂方向,故障點在曹莊AT所附近發(fā)生故障跳閘后,整改效果的有效性得到驗證。
京滬高鐵作為中國高鐵的標準樣板,社會影響和政治影響重大,因此在運營維護中出現(xiàn)的各種問題都應(yīng)該引起技術(shù)人員的高度重視,進行系統(tǒng)的分析歸納,不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗,以確保高鐵供電安全穩(wěn)定。
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Analysis of causes is made for three tripping faults in Huayuan traction substation of Beijing-Shanghai high speed railway; by implementation of measures for improvement, it is verified that the analysis is correct.
AT power supply; Beijing-Shanghai high speed railway; analysis of tripping; suck current ratio
U226.8+1
B
1007-936X(2018)02-0094-02
2017-05-02
10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.025
李 瑞.中鐵電氣化局集團京滬高鐵維管公司天津維管段,工程師;肖世輝.中鐵電氣化局集團京滬高鐵維管公司天津維管段,工程師。