對現行的幾種故障性質判斷方式的對比分析

高俊彬（通遼供電段，內蒙古通遼　028000）

對現行的幾種故障性質判斷方式的對比分析

高俊彬
（通遼供電段，內蒙古通遼028000）

自動重合閘是電氣保護中常見的一種保護方式。在電氣化鐵路的故障跳閘中，對于瞬時性故障，啟動自動重合閘，有利于及時恢復供電，保障運輸暢通；對于永久性及金屬性接地，則不應再啟動自動重合閘，以免較大的短路電流對電器設備造成損傷。而如何來判斷故障的性質則是一項重要的任務。故障性質判斷裝置主要作用是判斷接觸網故障屬于永久性接地還是瞬時性接地，針對故障接地特點決定是否啟動自動重合閘，可以起到即保護設備，又增加供電可靠性的目的。下面就針對幾種不同的故障性質判斷方式作簡要地介紹。

故障性質判斷自動重合閘對比分析

由于饋線短路，對牽引變電所主變壓器及饋線斷路器等主要供電設備造成不良沖擊。對主變壓器的短路沖擊長期的積累效應影響變壓器使用壽命，設備安全運行可靠性下降；另一方面對饋線斷路器的及流互等設備的沖擊以及由此引起的過電壓等問題為牽引供電系統安全運行之大忌。對于限制短路過電流常常采用自動重合閘進行保護。自動重合閘是電氣保護中常見的一種保護方式。在電氣化鐵路的故障跳閘中，對于瞬時性故障，啟動自動重合閘，有利于及時恢復供電，保障運輸暢通；對于永久性及金屬性接地，則不應再啟動自動重合閘，以免較大的短路電流對電器設備造成損傷。而如何來判斷故障的性質則是一項重要的任務。故障性質判斷裝置主要作用是判斷接觸網故障屬于永久性接地還是瞬時性接地，針對故障接地特點決定是否啟動自動重合閘，可以起到即保護設備，又增加供電可靠性的目的。

故障性質判斷系統將以往的饋線發生故障跳閘后試送電改為故障判斷后再送電，最大限度地保證了饋線自動重合閘的重合成功率。對故障性質判斷主要從硬件和軟件兩個方面來實現，硬件包括配套的負荷隔開（或真空斷路器）；軟件則直接從跳閘的參數來直接判斷。下面從兩大方面來進行簡單的介紹：

1　通過硬件實現的故障判斷裝置

表1　北京恒通達與德國LTS2000功能對比

沈陽鐵路局的電氣化設備基本上均裝設有故障性質判斷裝置，分為國產設備和進口設備。下文就簡要介紹一下此類設備的特點，同時對兩種設備進行對比分析。

圖2　德國LTS2000原理圖

圖1　北京恒通達原理圖

沈局所裝備的故障性質判斷裝置主要有以下兩種：國產北京恒通達的高壓線路故障判斷裝置以及進口LTS2000裝置中的自動控制單元。

這兩種設備有著很多相同之處，其基本原理均是采用通過對故障饋線進行高電壓小電流測量，對線路進行無損自動檢測來判斷故障性質。均需要在變電所一次主接線饋線側增設相關設備，在硬件上來實現。也有較大不同之處，首先是國產設備獨立于綜合自動化系統系統，僅提供接口；進口設備則是與綜自設備結合一體，本身就是LTS2000裝置中的自動控制單元。其次是在功能的實現上，兩種設備的設置也有所不同。還有就是由于接觸網外線供電模式的不同，其在一次主接線上的結構及所采用的設備也有所不同。下面就簡單介紹一下兩設備的異同點。

1.1兩種設備的相同點

均采用通過對故障饋線進行高電壓小電流測量，對線路進行無損自動檢測來判斷故障性質。均是采用與饋線接觸網并聯的一條測試接地回路，串入一組大電抗，通過電抗來分壓限流，達到高電壓小電流自動測量的目的。

1.1.1國產故障判斷裝置

故判裝置結構如圖1所示：由專用高壓限流器XL、熱爆式高壓熔斷器RD、電壓互感器YH、真空負荷-隔離開關組合電器xFH（1FH、2FH）、微機可編程控制儀GPY等設備配套組成。其中高壓限流器XL、熱爆式高壓熔斷器RD、電壓互感器YH組裝在一臺手車上，可方便地投入或退出工作。限流器XL用來將測量電流限制在5A以內。電壓互感器YH用來測量發生故障時饋線上的殘余電壓，熱爆式高壓熔斷器RD作為本裝置的后備保護。真空負荷-隔離開關組合電器xFH（1FH、2FH）即可作為測量開關使用，又具有隔離開關的作用，為設備檢修提供了可靠的安全保障。

當饋線發生故障時，主斷路器（DL）跳閘，故判裝置自動啟動，經0.8-1秒后，與故障饋線相對應的測量用負荷開關（FH）合閘，27.5KV母線電源經故判裝置向故障饋線送電，利用高壓限流器XL的限流作用，對故障饋線小電流檢測。

電壓互感器（YH）測量饋線殘壓，根據饋線殘壓大小判斷短路故障性質；測量進行0.6秒后，負荷開關（FH）自動分閘，使故判裝置退出測量狀態，同時給出測量結果。整個測量過程在斷路器跳閘后1.6秒內完成。

當饋線殘壓低于8kv時，故判裝置判定為永久性故障，通過控制程序閉鎖故障饋線保護的自動重合閘。控制儀顯示“99x”信息，同時發出《永久性故障》光字牌及音響信號報警；

當饋線殘留電壓大于8kv時，裝置判斷為瞬時性故障，允許饋線保護裝置啟動重合閘，饋線斷路器（DL）合閘送電。

1.1.2國外故障判斷裝置

哈大線牽引變電所27.5kV側主接線如圖2所示：與國內牽引變電所不同的是備用饋線代替了旁路母線，且多了一條測試母線，該測試母線通過隔離開關、電阻、負荷開關與工作母線相連，也可以看作是工作母線的一個負載。通過測試母線來實現OLPA（接觸網線路自動檢測）和OLRA（變電所反向電壓監測）兩項檢測功能。

OLPA接觸網線路自動檢測自動執行過程如下：

（1）211斷路器合閘命令發出或接觸網保護啟動211斷路器跳閘后。

（2）大連方向饋線間隔負荷開關3111合閘，電壓經2311、CDZ、3311、3111構成回路，如圖2中實線箭頭所示路徑。

（3）電壓經測試回路送出后，測試電壓互感器CYH測得的回路電壓與OLPA程序中的電壓設定值比較，測試電壓若高于設定值，則認為接觸網無短路，3111斷開，測試成功，211合閘，反之，測試失敗，211不能合閘。

1.2北京恒通達功能與德國LTS2000設備區別

（1）一次圖區別，由于供電接觸網外線設備不同造成一次主接線形制不同，同時使用的設備也有所區別（隔開），國產使用組合電器，在故判是使用真空斷路器瞬時點動合閘，進口設備使用負荷隔離開關進行短時的分合。

（2）在與綜自系統結合方面，國產設備獨立于綜合自動化系統系統，僅提供接口；進口設備則是與綜自設備結合一體，本身就是LTS2000裝置中的自動控制單元。

1.3功能的區別

進口設備與綜自系統結合到一起，本身還包括了進線自動轉換功能（220KV）以及變電所反向電壓監測功能，本身能力要強于國產設備。兩種產品除了故判檢測以外，還有其他的一些引申功能。

北京恒通達功能與德國LTS2000功能對比表（或文字敘述）：（表1）

2　通過軟件實現的故障判斷裝置

通過軟件來實現故障性質判斷，主要是通過分析跳閘參數，將饋線發生故障跳閘確定是否進行自動重合閘。這部分功能直接由綜自系統通過大電流閉鎖重合閘來實現。

秦沈線目前采用保護判定重合閘條件，每次跳閘后直接啟動自動重合閘，在故障電流超過電流速斷定值的2倍時，閉鎖重合閘。（在保護中沒有大電流閉鎖重合閘的設備上，故障時啟動重合閘，在利用后加速動作來進行保護。）

由于新建的變電所標準提高，設備耐受過電流的能力較之過去有很大提高，這種方式在軟件上的易于實現有很強的可操作性。而隨著高鐵變電所AT方式主接線的復雜化，目前新建變電所和高鐵變電所多采用這種方式。

本文中上述兩種通過硬件實現故障性質判斷的設備雖然已經不再成為主流設備，但是仍然不失為在故障性質判斷方面的一種有益的探索。

中國的高速鐵路處于大發展的有利時機，故障性質判斷是設備運行中的重要環節。發揮好故障性質判斷裝置，有利于對現場故障信息進行正確的分析判斷，有利于提高故障搶修，進而確保供電安全。

［1］孫道東.LTS2000 裝置在哈大線牽引變電所的應用［J］.電氣化鐵道，2007（2）:21-24.

［2］甄磊.交直電力機車負荷下的直供加回流牽引供電方式的跳閘參數分析［J］.遼寧鐵道遼寧鐵道，2011（3）.