AT供電方式接觸網上下行電流比故障測距探討

葉春暉 中國鐵路上海局集團有限公司杭黃鐵路有限公司

電氣化鐵路電力牽引供電系統因設備和變壓器接線方式的不同，主要包括直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式及CC供電方式。自上世紀60年代日本新干線AT供電方式投入運營以來，AT供電方式因其良好的供電性能和防干擾效果，逐漸替代了BT供電方式，并伴隨世界電氣化鐵路的高速發展而迅速傳播。本文主要對變壓器VX接線下的AT牽引供電方式原理及接觸網上下行電流比短路故障測距方法進行探析。

1 VX接線牽引變壓器

電氣化鐵路三相-兩相制式VX接線牽引變壓器是VV接線和AT方式純單相接線的技術整合，由兩臺AT供電的單相三繞組變壓器組合而成，AT供電方式單相牽引變壓器二次側雙繞組。AT供電方式單相牽引變壓器繞組聯結如圖1，VX變壓器接線如圖2。

圖1 AT單相變壓器繞組聯結示意圖

從圖1AT單相變壓器繞組聯結示意圖可以看出，變壓器次邊為雙繞組（每組繞數相同），其中*表示同名端（也叫同極性端），低壓側出線端子標志為a1、x1、a2、x2，將x1、a2連接后接鋼軌和接地網，其他兩端分別接入接觸導線和正饋線；或將a1、x2連接后接鋼軌和接地網，其他兩端分別接入接觸導線和正饋線。通過AT供電單相三繞組變壓器原、次邊繞組線圈同名端及不同組合聯結方式設計，x1、a2或a1、x2饋出電壓差可達設計的2×27.5 kV。

圖2 VX變壓器接線原理圖

圖2 VX接線變壓器由兩臺AT供電方式單相牽引變壓器組成，有T1、F1、T2、F2接觸網上下行4路饋出端，通過平行布線，分相兩側上下行電壓大小相等方向相反，產生的電磁感應相互抵銷，降低了對沿線通信設備的干擾。

2 牽引所亭系統布置

圖3 VX接線變壓器AT牽引供電系統布置

在牽引網中，并聯自耦變壓器形成的AT供電系統主要包括3種模式，第一種為55 kV模式，在牽引變電所內以及接觸網上均設置AT設備，牽引變壓器中間不設置抽頭；第二種為2×27.5 kV模式，牽引變電所二次側中間設置抽頭，并與鋼軌連接，節約了一臺AT設備；第三種為新型AT供電方式，該方式下牽引變電所內不設置AT設備，同時牽引變壓器不需要設置中間抽頭，牽引變電所內無軌道-回流線的布置。本文介紹第二種2×27.5kV模式。VX接線變壓器AT牽引供電系統布置如圖3。

為整體減少進入電力系統的負序分量，牽引變電所實行換相連接，即輪換接入電力系統的不同相，使得兩相鄰牽引變電所間的供電分區同相，以保證變電所兩邊供電分區的分相絕緣器所承受電壓值等于牽引網電壓。若變電所接入電力系統的CA、AB、CB相，接觸網對地電壓分別表示為Uca、Uab、Ubc，圖3所示牽引所1和牽引所2相鄰側分相絕緣器所承受電壓值均為Uca。若牽引所2在與牽引所1相鄰側接入電力系統AB相，則牽引所1和牽引所2相鄰側分相絕緣器所承受電壓將是Uca與Uab的相量差，絕對值為

3 接觸網上下行電流比故障測距

高速鐵路AT供電方式根據線路及通信條件可采用不同測距原理，主要包括AT中性點吸上電流比、橫連線電流比和上下行電流比測距原理。AT中性點吸上電流比故障測距原理主要通過故障點兩邊自耦變壓器中性點的吸上電流之比,計算故障點的位置。橫連線電流比原理主要根據故障電流分配比例來比較變電所、AT所及分區所3處的橫聯線電流，計算故障點距離。上下行電流比故障測距原理主要是上行或下行饋線電流與上下行饋線電流之和的比值，其中饋線電流是指上行或下行饋線出口處接觸線和正饋線電流之差，以此來計算故障點的位置。

圖4 AT所不并聯、分區所并聯運行

如圖4，AT所不并聯、分區所并聯方式運行下，當接觸網ITF1側某處發生短路故障時，變電所的上下行饋線會同時向故障點提供短路電流。根據電路基本原理，當電壓相同時，流經阻抗元件的電流與阻抗大小成反比，根據圖4分析則有：

同理，當接觸網ITF2側某處發生短路故障時，可得：

又故障距離大于零，故上下行電流比公式可整理為：

公式中ITF1=IT1-IF1為變電所下行饋出電流，ITF2=IT2-IF2為變電所上行饋出電流；D1為第一AT段距離，D2為第二AT段距離，單位km；L為故障測距距離。上述公式是AT所不并聯、分區所并聯情況下推導的。在實際運行中，AT所、分區所上下行末端通常均為并聯，如圖5。

圖5 AT所、分區所均并聯運行

第一種情況，接觸網跳閘故障在變電所和AT所之間，根據電路基本原理，可得上下行電流比公式：

第二種情況，接觸網故障跳閘在AT所和分區所之間，根據AT供電方式電流分布特點及電路基本原理，得：

整理得，上下行電流比公式：

公式中ITF3=IT3-IF3為分區所下行饋出電流，ITF4=IT4-IF4為分區所上行饋出電流。根據上下行電流比故障測距方法對1#牽引所和2#牽引所不同AT區段實際接觸網跳閘故障案例進行分析。

1#牽引所接觸網跳閘故障類型，根據系統故障報文可知為下行T-R故障，故障距離4.66 km，故障測距相關設計定值見表1，故障測距系統報文見表2。

表1 1#牽引所故障測距相關設計定值

表2 1#牽引所故障測距系統報文

依據表2牽引所故障報文數據建立網孔電流分析見圖6。

圖6 1#牽引所AT供電方式電流分布圖

通過分析網孔電流分布可得下行T線節點電流不平衡，總吸上電流和與故障電流基本平衡，接觸網短路故障為下行T-R故障，故障點為牽引所與AT所之間，與系統故障類型判斷一致。

將相關數據代入式（4）得故障距離:

故障公里標=牽引所公里標+故障距離-修正距離，將數據代入得：

故障公里標=132.104 km。

故障距離和公里標的計算結果與系統判斷的故障距離4.660 km和公里標132.100 km基本一致。

2#牽引所接觸網跳閘故障類型，根據系統故障報文可知為下行T-R故障，故障距離22.870 km，故障測距相關設計定值見表3，故障測距系統報文見表4。依據表4牽引所故障報文數據建立網孔電流分析見圖7。

表3 2#牽引所故障測距相關設計定值

表4 2#牽引所故障測距系統報文

圖7 2#牽引所AT供電方式電流分布圖

通過分析網孔電流分布可得下行T線節點電流不平衡，總吸上電流和與故障電流基本平衡，接觸網短路故障為下行T-R故障，故障點為AT所與分區所之間，與系統故障類型判斷一致。

將相關數據代入式（6）得:

故障公里標=牽引所公里標-故障距離-修正距離，將數據代入得：

故障公里標=45.99 km。

故障距離和公里標的計算結果與系統判斷的故障距離22.870 km和故障公里標46.100 km基本一致。

需要特別說明的是，在利用接觸網上下行電流比法計算故障距離時，因同一牽引所不同供電臂整定值不同，故當先通過網孔電流分析判斷故障點在第一AT段還是第二AT段，即故障點是在牽引所至AT所之間還是AT所至分區所之間，其次根據系統顯示的故障公里標判斷故障點所在供電臂。在實際故障點公里標查找時，利用修正距離進行調整，使其更加符合實際距離。在日常運用中，還需根據現場設備實際情況進行綜合分析，如在多股道站場或同一供電單元有不同分支供電臂時，系統判斷的故障測距和故障公里標不能同時反映多個分支供電臂的情況，現場人員應多方向同步查找故障點避免留下設備安全隱患。

4 結束語

高速鐵路AT供電方式作為目前主要的牽引供電方式，了解其基本原理，并掌握常見的接觸網故障測距方法，對鐵路建設和接觸網設備日常運行管理都很有幫助。在故障測距系統應用時，故障跳閘后，對每次故障跳閘報文進行認真分析，核實相關參數及定值是否正確，發現問題并及時調整，確保系統正常運行，為故障查找提供指導。