高速鐵路接觸網短路試驗的實施組織研究

張永健 上海鐵路局供電處

接觸網短路試驗是高速鐵路聯調聯試的一項重要內容，從牽引供電專業而言其目的是檢驗牽引供電系統保護裝置功能及保護動作順序，同時測試人工短路狀態下的變電所、AT所、AT分區所接觸網短路電壓、電流參數，計算各AT吸上電流比、接觸網、正饋線阻抗，驗證接觸網故障點標定裝置的正確程度。

1 全并聯AT供電方式下接觸網短路試驗方法

(1)高速鐵路采用全并聯AT供電方式。全并聯AT供電方式是指牽引變電所以55 kV電壓等級向電氣化鐵路接觸網和正饋線供電，再利用AT所、分區所供電開關將AT自耦變壓器同接觸網和正饋線上下行并聯起來的供電方式，具體見圖1。

圖1 AT供電系統示意圖

(2)短路試驗采用模擬仿真手段測試接觸網、正饋線發生瞬間或永久接地后變電所亭保護裝置啟動斷路器跳閘的運行情況。

(3)試驗方法：在接觸網作業車上裝設斷路器（不設繼電保護），接觸網作業車停放在短路點，接觸網、正饋線分別經斷路器與鋼軌短接，在變電所向接觸網正常供電后，現場閉合斷路器，形成永久性接地，利用牽引變電所、AT所、分區所饋線阻抗保護、電流保護、電壓保護及重合閘保護之間的配合，實現對接觸網、正饋線發生瞬間或永久接地的同步測量。

圖2 接觸網短路試驗連接原理圖

(4)接觸網短路試驗連接原理圖和電磁兼容測試示意圖如圖2和圖3，鋼軌連接參考圖與接觸網實物連接如圖4和圖5。

圖3 電磁兼容測試示意圖

圖4 短路試驗鋼軌連接實物參考圖

圖5 微型斷路器實物參考圖

2 短路試驗地點的選擇

(1)AT供電方式下接觸網線路阻抗與距離呈非線性馬鞍型的特性。因此選擇牽引變電所供電臂內每個AT供電區段的馬鞍型曲線的頂點所對應的接觸網線路（經驗值為距AT所上網點三分之一供電臂長度）附近進行試驗，以測試出全并聯AT供電方式下接觸網、正饋線最大線路阻抗及最小短路電流，從而保證試驗數據和結果的有效性。

(2)具體地點的確定應根據接觸網施工單位提供的牽引變電所、AT所、分區所的供電線長度（含電纜）、AT段接觸網長度、接觸網支柱與公里標對應表，依照上述原則進行計算并到現場核對，合理選擇短路試驗對應接觸網支柱（桿號和公里標），并將相關參數信息以整定書的形式輸入牽引變電所AT故障測距裝置。

3 短路試驗的必要條件

3.1 綜合接地系統符合施工設計和安全運營要求

高速鐵路采用了綜合接地，可以有效降低鋼軌電位，保證人身和設備安全，有效克服各子系統設備之間的電位差。工務、電務、通信、供電等專業的施工、運行單位必須按照設計文件對試驗區段內的相關設備的綜合接地系統進行一次全面、徹底地檢查，確保綜合接地系統滿足設計標準。其中與牽引供電系統設備接地相關的主要包括以下內容：

(1)路基地段每個鋼支柱上接地孔通過接地線與附近綜合地線端子連接；橋梁上接觸網基礎與橋梁內縱向接地鋼筋連接；

(2)隧道內所用吊柱底座通過上部接地跳線與PW線相連接，PW線每隔500m通過下部連接線與隧道內的綜合接地線連接；

(3)車站接觸網支柱應與車站綜合地網相連；

(4)距綜合地線15 m范圍內的金屬結構物均與貫通地線相連，距貫通地線15 m以外的支柱及其它金屬物可單獨接地，接地電阻不大于10 Ω。

(5)各牽引所亭所自身的接地網分別通過3×240 mm2銅纜與該所附近所在線路鋼軌扼流圈（一般為1 km左右）直接相連。上、下行扼流圈間用2×95 mm2銅纜連接，上、下行扼流圈與綜合地線間分別用2×70 mm2銅纜連接。

3.2 牽引供電回流的電氣回路連接和設置正常

根據多條高速鐵路測試經驗，軌回流、PW線回流、所地網回流的分配比例一般在20%、50%、30%。試驗前應組織鐵科院結合聯調聯試工作進行牽引回流測試，出具回流系統測試結論，如果結論不合格，需要進一步查找回流不暢的原因，并進行處理。牽引回流主要保證措施：

(1)區間PW線與支柱按照不絕緣設置。每個閉塞分區PW線一般每隔1 500 m上下行過軌并聯一次，通過扼流變中性點或空心線圈再與鋼軌連接，此連接點與貫通地線與信號軌道電路完全橫向連接線的連接點盡量在同一里程。

(2)牽引變電所應采用不少于兩回獨立的架空回流絕緣電纜經扼流變壓器中性點與鋼軌相連，并將回流線引入牽引變電所。

3.3 繼電保護功能正常

試驗區段牽引變電所、AT所、分區所綜合自動化裝置的保護定值和參數設置應保證裝置故障測距和保護功能的正確，試驗前應確認牽引變電所、分區所、AT所保護全部可靠投入，確認故標及保護裝置定值完整及接觸網單位阻抗值正確。相關開關的保護回路應在試驗前組織一次傳動試驗和檢查。

3.4 電力牽引供電遠動系統（SCADA）功能完整

試驗區段牽引變電所、AT所、分區所SCADA系統應完成規定的調試工作，確保各項功能完善，全面、準確地記錄現場設備的遙信量、遙測量的變化過程。

3.5 試驗接線正確，試驗儀器和裝置工作狀態完好

(1)對接入牽引變電所、AT所、分區所的測試設備接線情況和工作狀態進行檢查和確認。

(2)試驗用作業車載斷路器應提前進行分合閘功能的調試和絕緣試驗。

3.6 參與試驗的各單位，特別是不同專業單位和部門之間的組織、協調工作完成

短路試驗涉及供電、工務、電務、通信等專業設備和短路試驗點所在供電臂范圍內所有單位的人員作業安全，以及鐵路沿線附近的當地人員安全，應通過組織開會研討、協商的形式統一思想和認識，協調各方做好試驗前的準備和試驗期間的配合工作。

4 短路試驗組織和注意事項

(1)每次短路試驗前，相關單位按照分工對試驗條件進行共同確認，具備試驗條件后開始試驗。

①試驗測試單位、四電施工單位及供電、通信、工務、電務段在每次試驗前后，向短路試驗現場負責人書面遞交設備狀態確認單。

②設計院、牽引變電所亭主要設備供應商、供電段在每次試驗前后，向牽引變電所試驗負責人書面遞交設備狀態確認單。

(2)牽引變電所試驗負責人統一向短路試驗現場及牽引變電所、AT所、分區所下達每一步操作命令。變電所操作人員應站在操作手柄前，一旦出現保護拒動，應立即人工分閘。

(3)所有參加現場試驗的人員在車站集中上接觸網作業車到現場，所有進入短路試驗現場的人員應服從接觸網試驗現場指揮的統一安排，每次短路試驗前必須保證所有人員已退出遠離短路點10 m范圍外（非電源方向側），并不得觸摸線路上任何金屬表面。所有人員必須嚴格執行勞動安全保護相關規定。

(4)試驗期間，由四電施工單位及工務、電務段指派勝任人員在車站行車室值守，做好應急處置準備。

(5)公安部門負責試驗區段沿線人員清理、安全保衛工作。試驗期間，除參加試驗人員外，其它任何單位和個人不得進入試驗區段。

(6)工務段負責對每一次短路試驗前后鋼軌與接地靴連接良好的確認，并在試驗前后對短路地點鋼軌進行探傷。

(7)因故需中斷試驗時，現場人員必須服從工作領導人的統一指揮，不得擅自行動。

(8)全部短路試驗完畢后，相關單位對現場設備進行全面檢查，確認供電、電務、通信、工務設備正常，確認現場人員、機具、材料、設備全部撤離接觸網安全距離以外后，方可銷令送電。如試驗造成供電、電務、通信、工務設備異常，相關單位按規定在車站登記。

5 短路試驗結果分析

(1)短路試驗結果分析主要完成以下任務：

①饋線保護類型設置是否合理，保護定值設定是否滿足保護范圍內對裝置靈敏性、可靠性的要求，保護裝置接線是否存在極性錯誤，故障波形和數據顯示是否正確。

②AT故障測距裝置本身是否可靠工作，接線是否存在極性錯誤情況，定值設定是否正確，通過對比實際故障點與顯示故障點標定差距來判定該裝置是否滿足測量范圍內靈敏性和精準度響應要求，計算公式所選取的參數、內部程序是否需要調整等。

③接觸網和正饋線永久性接地故障點標定同實際故障點差距對比，判定自帶直供電方式測距功能的饋線保護裝置是否滿足測量范圍內靈敏性和精準度響應要求，設計選取的單位阻抗和供電臂長度是否合理和準確，定值是否需要調整。

④故障測距裝置通信功能判定，包括通道數據通信質量、綜合自動化裝置和SCADA系統點表對應是否一致，數據采集的同步性驗算等。

⑤對所測得的接觸網、正饋線接地情況下鋼軌電位、鋼軌電流、貫通地線電位、貫通地線電流、信號電纜芯線感應電動勢、信號電纜外皮回流最大值和有效值及鋼軌差模電壓瞬時波形進行分析，評估高壓接地情況下的電磁兼容響應和設備運行安全性。

(2)短路試驗分析工作一般由供電處牽頭，組織試驗測試單位、設計院、變電所綜合自動化和SCADA設備供應商、四電施工單位、供電段共同參與，通過分析明確下一步參數和定值調整方案、后期觀察和數據積累、驗證安排等。

(3)根據分析結果和后續工作安排，由供電段制做故障測距標定數據與支柱號、鐵路里程（公里標）對照表，以指導供電調度、生產調度、網工區故障查找工作。

6 結束語

高速鐵路接觸網短路試驗的實施組織是一項專業協調任務重、前期準備工作時間長、人身和設備安全風險大、工作周密性要求高的工作，通過先后組織滬寧城際、滬杭客專、京滬高速鐵路等4次接觸網短路試驗，上海鐵路局在鐵道部有關部門指導和建設、運行部門的積極支持和配合下，積累了比較成熟的經驗，試驗所取得的測試和分析成果正運用于高速鐵路牽引供電系統日常維護工作中。