合福高鐵牽引所兩起跳閘故障分析

王志偉，孫雅茹

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合福高鐵牽引所兩起跳閘故障分析

王志偉，孫雅茹

基于合福高鐵供電方式和故障測距原理，分析合福高鐵下羅村牽引所2起跳閘故障測距存在的問題，并提出整改建議。

AT供電；吸上電流比；故障測距

0 引言

2018年3月4日，合福高鐵下羅村牽引所2路饋出合福822供電單元和合福819供電單元發生跳閘故障，822供電單元故障故標誤差114 m，819供電單元故障報文所給故障類型和方向錯誤。為方便快速判斷故障類型和方向，縮短故障排查時間，通過對高鐵測距原理和故障報文進行分析，總結高鐵AT供電方式下牽引網故障類型和方向的判斷方法，分析吸上電流比原理測距存在的問題，并提出整改建議。

1 高鐵故障測距系統原理

1.1 AT供電方式的電路拓撲

目前，高速鐵路大多采用AT供電方式，一個牽引所同時為上下行線路供電，中間設有AT所，末端設有分區所。AT所和分區所全并聯供電，AT變壓器各投入1臺。該方式由接觸網、鋼軌、正饋線和AT變壓器組成供電回路，在接觸網和正饋線之間每隔10～15 km并聯接入1臺AT變壓器，其中性點與鋼軌連接。AT供電電路拓撲如圖1所示。

圖1 AT供電拓撲結構

AT供電方式下電流回流方式為絕大部分牽引電流（或短路電流）被兩側AT變吸上，經貫通地線（鋼軌、PW線、貫通地線每隔1 500 m橫向電連接）流回牽引所，另有小部分雜散電流通過大地流回牽引所（圖2）。

圖2 AT供電電流回流方式

1.2 吸上電流比測距原理

全并聯運行時利用“AT中性點吸上電流比”原理測量T-R、F-R故障距離，全并聯運行時故障測距系統如圖3所示。

圖3 全并聯運行時故障測距系統

當牽引網某點發生故障時，牽引所的故障測距裝置檢測出故障并發出啟動信號，同時通過通訊網絡向該側供電臂內所有AT及分區所內的故障測距裝置發出總召喚令，要求AT及分區所的故障測距裝置根據此刻采集的數據計算出有效值，上傳給牽引所故標裝置。各所裝置可以進行時間同步補償，繼而完成故障距離的計算，根據計算結果便可判斷牽引網故障類型（T-F、T-R、F-R）和方向（上行、下行）。T-R、F-R短路故障時測距公式為

式中，為故障點距牽引所的距離；L為牽引所距第個AT所的距離；D為第個AT所與第+1個AT所之間的距離；I，I+1分別為第個與第+1個AT中性點的吸上線電流；Q，Q+1為整定值，與AT所間距離大小、鋼軌漏抗、AT漏抗、饋線長短、鋼軌連接導電情況等有關，通常取經驗值5～10；K，K+1為電流分布系數，其范圍可根據站場情況調整，標準區間線路取1.0。

2 跳閘故障分析

2.1 合福822供電單元故障報文分析

2018年3月4日18：27：01，雷雨天氣，合福高鐵下羅村牽引所合福822供電單元發生跳閘故障，故障報文如表1所示。

表1 合福822供電單元故障報文

2.1.1 故障類型分析

對故障報文中電流進行回流分析（圖4），發現以下問題：

（1）變電所上行T線電流2 439 A ≈764 A + 763 A + 904 A = 2 431 A；

（2）分區所吸上電流508 A≈100 A + 128 A + 125 A + 153 A = 506 A；

（3）AT所上行T線電流2 252 A≈995 A + 626 A + 633 A = 2 254 A；

（4）100 ms后， 214饋線保護裝置T線電流為2 445 A，大于保護定值，阻抗保護動作，阻抗角為66.40°。

圖4 故障電流回流情況（單位：A）

子所1（邱家巷AT所）的上行T線電流2 252.78 A，為最大T線電流且約等于上行F線電流、下行T線電流、下行F線電流之和（2 254 A），且變電所（下羅村牽引所）上行T線電流為2 439 A，可判斷為上行T-R故障，且故障區段在牽引所與AT所之間，線路阻抗角為66.40°，為典型的瞬時金屬性接地故障，即雷擊造成絕緣子閃絡。

2.1.2 測距分析

查詢測距裝置定值，1為14.454 km，1、2為8，K和K+1均為1，下羅村牽引所公里標為K1027+268，電纜和供電線修正距離為1.823 km，依據吸上電流比法測距公式得

= 8.62 km

距離修正后，故障測距= 8.62 + 1.823 = 10.443 km

2.1.3 與實際故標點的比較分析

故標點位于長臨河—巢湖東合福場區間534#平棒瓷絕緣子處，故標對照表10.304 km，誤差139 m。所給報文故標為10.19 km，誤差114 m。該起故障采用吸上電流故障測距算法，誤差較小，可有效指導故障點的查找。

2.1.4 吸上電流比測距分析方法

（1）故障區段判別：對變電所AT總吸上電流、AT所總吸上電流、分區所總吸上電流進行比較，故障在2個最大AT總吸上電流所之間，非故障區段因牽引網阻抗的存在，每個AT變壓器均存在回流。

（2）根據TF間電流判斷故障方向，故障電流約等于同一AT所另外3個方向T、F電流之和。當TF1＞TF2時，可判為下行故障；當TF1＜TF2時，可判為上行故障。根據饋線電流判斷故障類型，當T＞F時，可判為T型故障；當T＜F時，可判為F型故障。

（3）金屬性接地故障短路阻抗角（約65°）與負荷阻抗角（18.2°）相差較大，利于構成保護。

2.2 合福819供電單元故障報文分析

2018年3月4日19：42：53，雷雨天氣，合福高鐵下羅村牽引所合福819供電單元發生跳閘故障，故障報文如表2所示。

表2 合福819供電單元故障報文

2.2.1 故障區段判斷

故障報文中電流回流情況如圖5所示。經分析，發現以下問題：

（1）變電所上行T線電流2 380 A，下行T線電流1 912 A，下行F線電流最大，為2 846 A，均超過保護定值，故障原因初步分析為雷擊形成多點接地短路，造成測距結果不準確；

（2）分區所吸上電流52 A≈13 A + 12 A + 12 A + 13 A = 50 A；

（3）AT所吸上電流200 A≈67 A + 58 A + 33 A + 42 A = 200 A；

（4）100 ms后，211饋線保護裝置F線電流為2 745 A，大于保護定值，阻抗保護動作，阻抗角32.6°；212饋線保護裝置T線電流6 030 A，大于保護定值，阻抗保護動作，阻抗角65°。

變電所（下羅村牽引所）總吸上電流為1 215 A，子所1（東大圩AT所）總吸上電流為200.43 A，子所2（合肥南2#分區所）總吸上電流為52.03 A，判斷故障區段為變電所附近，且212饋線故障位于變電所至分相之間，經供電工區人員對211饋線供電臂范圍內的接觸網支柱逐一登桿檢查T線、F線絕緣子，未發現故障點。

圖5 故障電流回流情況（單位：A）

2.2.2 故障類型和方向判斷

212饋出TF電流6 405.00 A大于211饋出TF電流2 700 A，可判斷為上行故障；212饋出T線電流6 030 A大于212饋出F線電流390 A，可判斷為T線故障。211饋出阻抗角為32.6°，212饋出阻抗角為65.00°，212饋出故障屬于典型的金屬性接地故障。綜合判斷，該故障類型為上行T-R故障，即合福820供電單元T-R故障。

2.2.3 故障測距分析

故障區段位于變電所與分相之間，吸上電流比測距原理不適用于該情況。此時應采用線性電抗法進行測距，通過計算接觸網的電抗值接除以接觸網的單位電抗單，得出接觸網發生故障的距離故，即故=接/單。因合福820供電單元電纜直接上網，電纜長度80 m，電纜供電線單位電抗為0.031 6W/km，折合電抗為0.002 5W，可忽略不計。查詢定值表，下羅村牽引所合肥南2#上行接觸網單位電抗（T線）理論計算值為0.346 4W，查詢報文合福820供電單元TR一次電抗為0.22W，= 0.22 / 0.346 4 = 0.635 km，對應公里標為1027+920。

2.2.4 與實際故標點的比較分析

故標點在長臨河—巢湖東合福場區間130#平棒瓷絕緣子處，對應公里標為1027+808，電抗法計算誤差112 m。

故障報文所給故障類型和方向錯誤，使用吸上電流比計算故標為0.44 km，對應公里標為1026+930，故標誤差878 m，無法有效指導故障點查找。

3 總結和建議

該次合福820供電單元雷擊跳閘電流較大且發生在變電所與分相之間，在以往的跳閘事件中極少出現，缺乏相關經驗。6 030 A的雷擊電流和斷路器斷開瞬間的電弧對一次設備、保護裝置、測距裝置造成沖擊，導致測距裝置測距結果不準確。為此，提出如下幾點建議：

（1）變電所饋線T接饋出2個方向，即AT所方向及分相方向，測距裝置和保護裝置無法判別電流方向，可能造成故障報文所給故障類型、方向、故標錯誤，當跳閘故障報文中故障點在變電所附近，故標小于1 km時，技術人員應根據故障報文和現場實際情況，綜合判斷故障類型和方向。

（2）針對故障測距裝置和保護裝置無法判別變電所饋線的電流方向，導致故障報文信息錯誤的情況，建議在變電所至分相的饋線出口處加裝故障指示器，作為吸上電流比原理測距的補充判據，以達到快速判定接觸網故障類型和區段的目的。

（3）在AT供電方式下，由于某些原因各所AT變壓器解列轉為直接供電方式時，吸上電流比測距將不再適用。此時，若發生接觸網跳閘故障，應結合故障現象、設備結構特點、現場運行情況，并充分利用故障報文信息，以實現故障的快速分析和查找定位，縮短接觸網故障查找、處理時間，減小對鐵路運輸的影響。

[1] 李群湛，賀建閩. 牽引供電系統分析（第二版）[M]. 成都：西南交大出版社，2010：12-45.

[2] 付振民. 蕭山2#牽引變電所杭州東方向故障測距分析[J]. 上海鐵道科技，2014（4）：52-53.

On the basis of power supply mode and fault location principles for Hefei-Fuzhou high speed railway, the paper analyzes the existed problems in fault location for two cases of tripping faults at Xialuocun traction substation of Hefei-Fuzhou high speed railway, and the proposals for modification are put forward accordingly.

AT power supply mode; suck current ratio; fault location

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.028

U226.7

B

1007-936X(2018)06-0111-04

2018-04-22

王志偉.中國鐵路上海局集團公司合肥供電段，助理工程師；

孫雅茹.中國鐵路上海局集團公司上海通信段，助理工程師。