某高鐵單元跳閘分析研究

劉玉華

（中國鐵路上海局集團有限公司調度所，上海 200441）

接觸網是沿鐵路上方架設的一條特殊形式的輸電線路，其作用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機車或者動車組，是鐵路電力系統中最關鍵的設備之一。同時，接觸網又是獨一無二的供電線路，無備用線路，接觸網能否正常供電，對鐵路的安全運輸起著至關重要的作用。接觸網一旦發生跳閘斷電，將直接中斷鐵路線路旅客列車正常運行，對企業的運輸安全和效益將造成影響。

1 應急處置概況

2019 年8 月9 日、8 月18 日，×× 牽 引 所215DL、216DL（××高鐵5103、5104 單元）發生多次F-R、T-F 類型故障跳閘，5103 單元均重合失敗，5104 單元重合成功，現場雷雨大風天氣。故障發生后，電調根據《高速鐵路接觸網F 線故障應急處置流程圖》，迅速斷開××牽引所5103單元上網點F 線單極開關，切除5103 供電單元，并退出××分區所AT 變，進行強送電，強送電成功，線路恢復正常運行。強送電成功后，因跳閘故障報文顯示牽引所總吸上電流為零，故障測數據不可靠，當班電調并未采用故障報文中的故障測距數據，而是根據故障報文中的F 線電抗數值以及故障報文中電流數據，利用兩種不同的方法計算出理論公里標，指導現場查找故障點，于天窗點內發現故障點。

2 現場設備受損情況

供電設備管理單位線下巡視未發現故障點，天窗點內上道巡視發現××場-××線路所下行L3-64#支柱（K4+849）AF 線引線與PW 線間有放電痕跡?，F場設備損壞情況如圖1。

圖1 現場設備損壞情況

供電設備管理單位檢修人員截短AF 線引線，恢復正常供電，后續時間內再無此類跳閘故障發生。

3 跳閘數據計算分析

3.1 現場設備狀況

通過查詢供電示意圖圖2，可以得知，××分區所下行上網點公里標為K4+847，上行上網點公里標為K4+950，故障報文公里標為K4+850。

圖2 供電示意圖

3.2 上下行電流比原理分析（圖3、4）

圖3 錯誤的電流路徑圖

圖4 正確的電流路徑圖

該模型以鐵軌代表PW 線、架空地線、大地等回流系統；按相別將上下行T 線放一側，上下行F 線放一側；在子所1和子所2，上下行T 線、上下行F 線分別先并聯再通過自耦變電氣相連。該模型突出了全并聯AT 的特點，簡化了不必要的部分，特別方便對負荷和短路電流進行分析。

當動車沿下行供電臂從牽引所向子所1 運行，牽引所下行T 線電流最大，然后逐漸減小；上行T 線通過AT 所的并聯DL 迂回供電且電流逐漸增大；上下行F 線電流基本相等且逐漸增大，在子所1 先并聯再經自耦變轉換后迂回供電。子所1 的4 條饋線電流均逐步增大，下行T 線電流最大且等于其他三線之和，上下行F 線電流基本相等。

根據故障報文中的變電所測距數據，繪制出了圖3所示的電流路徑走向，結合基爾霍夫電流定律，可以很明顯地判斷出電流數據不準或者錯誤。因牽引所饋線電流一般由流互采集后傳送至保護測控裝置，數據比較可靠，則可利用。根據牽引所上下行電流及分區所相關可靠數據，故牽引所總饋出電流I 總＝牽引所IT 上+IT 下+IF 上+IF 下=949+902+1668+1231=4750A， 短 路 電 流 ID=1048+3699=4747A，可以推出圖4 正確的電流配置路徑圖，該圖同時也符合基爾霍夫電流定律，屬于正確的電流分布。

5103 單元供電臂總長度L=450.5+4918+471+1516+12966=20321 米，又上行饋出電流I 上=1231+949=2180A，下行饋出電流I 下=902+1668=2570A，則利用上下行電流比測距原理可得故障點距離：[2180÷（2180+2570）]×L×2=18652米,根據計算出的距離減掉牽引所供電線長度,再利用上網點公里標為參考點,可以計算出故障點公里標為:17815-(18652-450-4918)=4531, 即故障點公里標為K4+531, 而5103、5101 單元分相中心里程為K4+560，則實際故障點的位置存在兩種可能：一是故障點越過分相定位到了5101 單元，二是故障點位于分區所上網點以下供電線269 米處，很顯然第一種可能不存在。

3.3 阻抗原理分析

根據××高鐵接觸網設計說明書，可以查出5103 供電單元F 線單位電抗為0.425Ω，電纜供電線單位電抗為0.2Ω，架空供電線單位電抗為0.361Ω。根據分相技術資料，可以查詢到××牽引所5103 單元電纜長度為450.5 米，架空線長度為4918 米；××分區所電纜長度為471 米、架空線長度為1516.35 米。通過接觸網供電示意圖，可以得知××牽引所5103 單元上網點公里標為k17+815,××分區所F 線3731F 單級隔開上網點支柱L3-66#支柱公里標為K4+849。

根據上述數據計算：牽引所供電線電抗為：0.425× 0.2+0.361×4.918=1.865498Ω。根據故障報文中F-R 一次電抗值7.69Ω

可得出線路距離為：（7.69-1.865498）/0.425=13.7047，故障公里標為：17.815-13.7047=4.1103，與故障報文的位置誤差為700 米左右,誤差稍微有點大，但也能接受。

將阻抗法計算出的故標值與上下行電流比計算出的故標值對比，可以算出兩者之間差值為450 米。兩種原理方法雖然不同，但計算出的故障點直指上網點或分區所的供電線。

根據《牽引供電系統繼電保護配置及整定計算導則》4.1.11 條，當饋線保護裝置具備電抗法測距功能時，測距分段點數不應小于8，分段電抗值應為保護安裝處到各分段點的電抗一次值，分段距離應為保護安裝處到各分段點的公里數，故障測距報告中的故障距離應為保護安裝處到故障點的公里數（含供電線），故障點在供電線上時故障公里標應為上網點公里標，故障點在線路上時故障公里標應為故障點的公里標。故根據計算出的故障距離，可以推測出故障點位于分區所上網點附近，或者位于分區所供電線范圍內，后續故障查找也驗證了計算的準確性。

4 結語

通過上述兩種原理方法計算，與故障測距裝置利用的吸上電流比法計算出的故標值對比，三者的數據差值不大，故障點直指分區所上網點或者供電線，與現場實際故障點的誤差在允許范圍內，也驗證了計算的準確性。

（1）當接觸網發生故障時，作為指揮人員，首先要查看清楚故障報文，在沒有其他可靠信息的前提下，要相信故障測距裝置給出的故標位置，以此指導現場設備管理單位查找故障點，并第一時間恢復供電恢復列車正常運行。

（2）故障報文數據不可靠或者故障報文數據有問題的情況下，可以利用其中比較可靠的數據，通過上下行電流比或者阻抗法迅速計算出故障點位置，以此指導設備管理單位查找故障點。

（3）通過分析故障報文數據，根據KCL 定律判斷出數據不可靠，則應該從流互的一次設備、二次設備，保護測控裝置等方面入手查找問題，查找出故障的根源，防止今后的故障測距不準或者其他故障。

（4）故障處置也需改進。供電設備管理單位僅僅截短了相關過長的引線，但未對放電損傷點進行補強處理。供電設備管理單位應該根據引線損傷程度進行相應的補強處理。