高速鐵路接觸網(wǎng)故障測(cè)距的分析

錢平慎

0 引言

隨著京津線、武廣線、鄭西線、京滬線等高速鐵路的相繼開通運(yùn)營(yíng)，國(guó)內(nèi)高速鐵路發(fā)展和高速鐵路安全備受全社會(huì)關(guān)注。尤其是接觸網(wǎng)一旦發(fā)生供電事故、故障，導(dǎo)致動(dòng)車組停車，會(huì)嚴(yán)重干擾正常運(yùn)輸秩序，造成不良的社會(huì)影響。因此，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)故障的精確定位，對(duì)于快速排除故障，縮短故障搶修時(shí)間，減小不良社會(huì)影響具有十分重要的意義。本文以長(zhǎng)吉城際鐵路AT 供電故障測(cè)距為例，通過對(duì)故障測(cè)距的分析，結(jié)合開通運(yùn)營(yíng)以來的故障測(cè)距數(shù)據(jù)，提出了關(guān)于故障測(cè)距的幾點(diǎn)體會(huì)。

1 AT 供電方式故障測(cè)距

1.1 故障測(cè)距概況

長(zhǎng)吉城際鐵路是沈陽鐵路局第一條采用AT 供電的高速城際電氣化鐵路，連接長(zhǎng)春、吉林2 座城市及龍嘉機(jī)場(chǎng)車站。長(zhǎng)吉城際鐵路目前采用上下行獨(dú)立供電。雙吉—吉林城際場(chǎng)供電方式為直供加回流。拉拉屯分區(qū)所—長(zhǎng)春站目前為直供加回流方式，由西營(yíng)城子牽引變電所通過拉拉屯分區(qū)所所內(nèi)越區(qū)供電，待哈大客運(yùn)專線開通后由長(zhǎng)春西牽引變電所供電，恢復(fù)AT 供電方式。雙吉牽引變電所上網(wǎng)點(diǎn)—拉拉屯分區(qū)所分相點(diǎn)為AT 供電方式。供電方式不同，所采取的故障測(cè)距方法也不同。AT 供電方式故障測(cè)距采用的是中性點(diǎn)吸上電流法，而直供加回流方式故障測(cè)距采用的是電抗法。

長(zhǎng)吉城際鐵路在各變電所、AT 所、分區(qū)所配置了WCK-892GC 型AT 故障測(cè)距裝置，基于遠(yuǎn)動(dòng)通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，由變電所饋出線處的測(cè)距裝置進(jìn)行測(cè)距運(yùn)算，能對(duì)牽引網(wǎng)故障類型（T-R、F-R、T-F）和故障方向（上下行）進(jìn)行判斷。

1.2 故障測(cè)距原理

變電所常用的接線方式如圖1 所示。

圖1 變電所常用接線方式示意圖

當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，牽引變電所饋線斷路器及AT 所、分區(qū)所斷路器跳閘，然后牽引變電所饋線斷路器重合，若瞬時(shí)性故障，重合成功。AT 所、分區(qū)所斷路器通過檢壓合閘或電調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)合閘。變電所、AT 所、分區(qū)所三處的吸上電流分別為

判斷方法：首先找到各處AT 吸上電流最大值max（Iat0、Iat1、Iat2），并尋找相鄰AT 吸上電流，判斷吸上電流次大值處AT 位置，確定故障區(qū)段，計(jì)算吸上電流比Q = Iat(n+1)/ (Iat(n)+ Iat(n+1))，然后計(jì)算實(shí)際故障位置。

2 AT 供電方式下故障測(cè)距失效原因分析

2.1 AT 變壓器未投入

由于吸上電流法需要根據(jù)牽引所及AT 所、AT分區(qū)所吸上電流的大小判斷故障距離，如果AT 變壓器未投入，牽引變電所無法采集吸上電流進(jìn)行AT 法測(cè)距計(jì)算。

2.2 AT 所或AT 分區(qū)所通道故障

在故障發(fā)生時(shí)，AT 所或AT 分區(qū)所由于通道故障未及時(shí)將故障電流數(shù)據(jù)回傳至牽引變電所，導(dǎo)致牽引變電所AT 故障測(cè)距裝置無法根據(jù)吸上電流判斷故障距離。這時(shí)故測(cè)裝置給出的故障距離都是3 km。

2.3 越區(qū)供電時(shí)相鄰供電臂故障

當(dāng)某所越區(qū)供電至相鄰所時(shí)，在鄰所供電臂發(fā)生故障時(shí)，該供電臂AT 所及AT 分區(qū)所的故障電流會(huì)回傳至相鄰牽引變電所，而不回傳至該所，導(dǎo)致故障測(cè)距裝置無法正常工作。

2.4 接觸懸掛或正饋線斷線

當(dāng)正饋線或接觸線發(fā)生斷線故障時(shí)，由于故障時(shí)的供電方式發(fā)生變化，AT 變壓器因缺相而無法正常工作，導(dǎo)致故障時(shí)無吸上電流，此時(shí)牽引變電所內(nèi)相關(guān)饋線斷路器跳閘，故障測(cè)距裝置僅接收到該所故障電流，而造成故障測(cè)距不準(zhǔn)確，嚴(yán)重時(shí)誤差可達(dá)1 個(gè)AT 間隔。如2011 年7 月5 日，長(zhǎng)吉城際鐵路西營(yíng)城子牽引變電所212#斷路器跳閘，故障原因是3002#開關(guān)引線斷線，由于供電方式改變，實(shí)際故障距離是K32＋068，而故標(biāo)給出的距離是K42＋661，相差約10 km。

2.5 參與故障測(cè)距的電流互感器發(fā)生故障

吸上電流法是根據(jù)故障時(shí)牽引變電所牽引變壓器及相關(guān)饋線的AT 變壓器吸上電流的大小判定故障距離，當(dāng)相關(guān)電流互感器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致故障測(cè)距裝置無法正常工作。

2.6 故障測(cè)距裝置自身故障

由于故障測(cè)距裝置本身發(fā)生故障，無法進(jìn)行故障測(cè)距計(jì)算，導(dǎo)致故障測(cè)距失效。

3 關(guān)于故障測(cè)距的幾點(diǎn)體會(huì)

總結(jié)分析長(zhǎng)吉城際鐵路開通以來發(fā)生的各次跳閘故障測(cè)距給出的故障距離、故障類型、故障電流以及實(shí)際故障地點(diǎn)，對(duì)提高故障測(cè)距精度、判斷故障地點(diǎn)、合理確定故障處理方式等方面，有如下體會(huì)。

3.1 積累數(shù)據(jù)及時(shí)修正參數(shù)

要提高故障測(cè)距精度，應(yīng)在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間對(duì)所有供電臂進(jìn)行起點(diǎn)金屬性和非金屬性以及末端金屬性短路試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，修改故障測(cè)距中設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)，提高故障測(cè)距裝置的精度。在開通運(yùn)營(yíng)后，要注意總結(jié)積累每次跳閘后的故障測(cè)距距離、實(shí)際故障距離以及電流參數(shù)，及時(shí)修改故障測(cè)距參數(shù)，提高故障測(cè)距精度。以F 線故障為例，雙吉牽引變電所211#饋線短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，F(xiàn) 線故障測(cè)距距離與實(shí)際距離相差424 m。2011 年10月18 日，雙吉牽引變電所211#斷路器發(fā)生跳閘，故障類型F 線，故標(biāo)距離K82＋416，實(shí)際距離K82＋243，誤差只有173 m。

表1 雙吉牽引變電所211#饋線F 線短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.2 根據(jù)故障電流判斷故障地點(diǎn)

對(duì)多次跳閘的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)故障測(cè)距裝置由于各種原因造成誤報(bào)（即報(bào)出無效數(shù)據(jù)）時(shí)，可以根據(jù)各牽引變電所、AT 所、分區(qū)所吸上的故障電流大小以及AT 所、分區(qū)所斷路器跳閘情況，對(duì)故障區(qū)段及故障類型進(jìn)行初步判定。當(dāng)多次跳閘重合，且故障測(cè)距給出的電流數(shù)值及故障類型基本相同時(shí)，可以判斷多次跳閘的原因一定是同一地點(diǎn)供電設(shè)備引起的。

以長(zhǎng)吉城際雙吉牽引變電所212#斷路器2011年3 月13 日和4 月6 日發(fā)生的2 次瞬間跳閘故障為例（表2），2 次故障各種電流基本一致，根據(jù)牽引變電所和AT 所1 吸上電流，可以判斷故障點(diǎn)在雙吉牽引變電所和AT 所1 之間，且距雙吉牽引變電所較近。最后經(jīng)檢查，故障點(diǎn)在K93＋660，是由于該處正饋線與保護(hù)線弛度不合適，在大風(fēng)天氣時(shí)擺動(dòng)，絕緣距離不足導(dǎo)致放電引起跳閘，故障點(diǎn)距離雙吉牽引變電所只有1 400 m。

表2 雙吉牽引變電所212#斷路器跳閘數(shù)據(jù)表 單位：A

3.3 結(jié)合故障錄波判斷故障類型

有時(shí)故障測(cè)距裝置給出的故障數(shù)據(jù)及故障類型與實(shí)際故障原因并不相符，需要結(jié)合故障錄波曲線進(jìn)行分析判斷。如2012 年4 月10 日，雙吉牽引變電所212#斷路器發(fā)生跳閘，自動(dòng)重合成功，故障測(cè)距裝置給出的故障類型為TF 型。通過查看牽引變電所WGL-800 波形分析系統(tǒng)，雙吉牽引變電所212#饋線故障波形如圖2 所示。故障發(fā)生時(shí)，只有F 線電流增大，T 線電流沒有變化，大約0.02 s 后T 線電流才開始增大。因此，從波形上分析，該次跳閘應(yīng)是F 線短路引起。通過故障查找最終證實(shí)，該起故障是異物搭接導(dǎo)致F 線短路，弧光又將F線與T 線短接，造成TF 線故障。

圖2 212#饋線故障波形圖

3.4 故障測(cè)距的重召

當(dāng)測(cè)距裝置在故障發(fā)生后，若判定某一所通道故障時(shí)，會(huì)發(fā)出自動(dòng)重召命令，對(duì)故障后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重召，此時(shí)，若通道恢復(fù)，則給出新的故障測(cè)距數(shù)據(jù)，可能與上一次給出的數(shù)據(jù)不同，故障查找時(shí)，應(yīng)以重召給出的故障距離為準(zhǔn)。

3.5 F 線故障

當(dāng)牽引變電所發(fā)生跳閘故障，如重合閘不成功，且故障測(cè)距裝置給出的故障類型為F 型，可以將該供電臂F 線切除，退出AT 變壓器，變?yōu)橹惫┓绞?，恢?fù)列車正常運(yùn)行。根據(jù)長(zhǎng)吉城際列車運(yùn)行圖，當(dāng)牽引變電所采用直供方式后，末端網(wǎng)壓仍然不低于26 kV，完全能夠滿足動(dòng)車運(yùn)行需要。

3.6 AT 測(cè)距法失效采用阻抗法測(cè)距

AT 供電方式正常采用吸上電流法進(jìn)行故障測(cè)距，但通過實(shí)際運(yùn)行和前面的分析，許多情況下AT 測(cè)距法失效，尤其是當(dāng)正饋線或接觸線發(fā)生斷線故障時(shí)，AT 故障測(cè)距失效，故標(biāo)距離與實(shí)際距離相差太大，影響故障查找和搶修。因此，必須在AT 測(cè)距法失效的情況下，投入阻抗法測(cè)距。

牽引變電所、AT 所、分區(qū)所各個(gè)特殊點(diǎn)發(fā)生故障，該點(diǎn)吸上電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余地點(diǎn)的吸上電流，且在AT 所及AT 分區(qū)所附近短路時(shí)，由于該處離AT 變壓器較近，由該AT 變壓器吸上電流經(jīng)T 線和F 線返回牽引變電所，此時(shí)T 線與F 線吸上電流占故障電流的比例較大，且大小基本相同，故在牽引變電所報(bào)出的故障類型多為未知或TF 型，此時(shí)，只有將該所的吸上電流綜合考慮，才能判定具體故障類型。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合長(zhǎng)吉城際鐵路供電設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)AT 供電方式故障測(cè)距進(jìn)行了分析，對(duì)提高故障測(cè)距精度和故障查找的一些體會(huì)進(jìn)行了闡述。提高故障測(cè)距精度，必須在運(yùn)行過程中，不斷積累故障數(shù)據(jù)，不斷對(duì)故障測(cè)距裝置進(jìn)行修正，并在實(shí)際故障查找過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。

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