高速鐵路接觸網(wǎng)短路試驗的實施組織研究

張永健 上海鐵路局供電處

接觸網(wǎng)短路試驗是高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的一項重要內(nèi)容，從牽引供電專業(yè)而言其目的是檢驗牽引供電系統(tǒng)保護(hù)裝置功能及保護(hù)動作順序，同時測試人工短路狀態(tài)下的變電所、AT所、AT分區(qū)所接觸網(wǎng)短路電壓、電流參數(shù)，計算各AT吸上電流比、接觸網(wǎng)、正饋線阻抗，驗證接觸網(wǎng)故障點標(biāo)定裝置的正確程度。

1 全并聯(lián)AT供電方式下接觸網(wǎng)短路試驗方法

(1)高速鐵路采用全并聯(lián)AT供電方式。全并聯(lián)AT供電方式是指牽引變電所以55 kV電壓等級向電氣化鐵路接觸網(wǎng)和正饋線供電，再利用AT所、分區(qū)所供電開關(guān)將AT自耦變壓器同接觸網(wǎng)和正饋線上下行并聯(lián)起來的供電方式，具體見圖1。

圖1 AT供電系統(tǒng)示意圖

(2)短路試驗采用模擬仿真手段測試接觸網(wǎng)、正饋線發(fā)生瞬間或永久接地后變電所亭保護(hù)裝置啟動斷路器跳閘的運行情況。

(3)試驗方法：在接觸網(wǎng)作業(yè)車上裝設(shè)斷路器（不設(shè)繼電保護(hù)），接觸網(wǎng)作業(yè)車停放在短路點，接觸網(wǎng)、正饋線分別經(jīng)斷路器與鋼軌短接，在變電所向接觸網(wǎng)正常供電后，現(xiàn)場閉合斷路器，形成永久性接地，利用牽引變電所、AT所、分區(qū)所饋線阻抗保護(hù)、電流保護(hù)、電壓保護(hù)及重合閘保護(hù)之間的配合，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)、正饋線發(fā)生瞬間或永久接地的同步測量。

圖2 接觸網(wǎng)短路試驗連接原理圖

(4)接觸網(wǎng)短路試驗連接原理圖和電磁兼容測試示意圖如圖2和圖3，鋼軌連接參考圖與接觸網(wǎng)實物連接如圖4和圖5。

圖3 電磁兼容測試示意圖

圖4 短路試驗鋼軌連接實物參考圖

圖5 微型斷路器實物參考圖

2 短路試驗地點的選擇

(1)AT供電方式下接觸網(wǎng)線路阻抗與距離呈非線性馬鞍型的特性。因此選擇牽引變電所供電臂內(nèi)每個AT供電區(qū)段的馬鞍型曲線的頂點所對應(yīng)的接觸網(wǎng)線路（經(jīng)驗值為距AT所上網(wǎng)點三分之一供電臂長度）附近進(jìn)行試驗，以測試出全并聯(lián)AT供電方式下接觸網(wǎng)、正饋線最大線路阻抗及最小短路電流，從而保證試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果的有效性。

(2)具體地點的確定應(yīng)根據(jù)接觸網(wǎng)施工單位提供的牽引變電所、AT所、分區(qū)所的供電線長度（含電纜）、AT段接觸網(wǎng)長度、接觸網(wǎng)支柱與公里標(biāo)對應(yīng)表，依照上述原則進(jìn)行計算并到現(xiàn)場核對，合理選擇短路試驗對應(yīng)接觸網(wǎng)支柱（桿號和公里標(biāo)），并將相關(guān)參數(shù)信息以整定書的形式輸入牽引變電所AT故障測距裝置。

3 短路試驗的必要條件

3.1 綜合接地系統(tǒng)符合施工設(shè)計和安全運營要求

高速鐵路采用了綜合接地，可以有效降低鋼軌電位，保證人身和設(shè)備安全，有效克服各子系統(tǒng)設(shè)備之間的電位差。工務(wù)、電務(wù)、通信、供電等專業(yè)的施工、運行單位必須按照設(shè)計文件對試驗區(qū)段內(nèi)的相關(guān)設(shè)備的綜合接地系統(tǒng)進(jìn)行一次全面、徹底地檢查，確保綜合接地系統(tǒng)滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。其中與牽引供電系統(tǒng)設(shè)備接地相關(guān)的主要包括以下內(nèi)容：

(1)路基地段每個鋼支柱上接地孔通過接地線與附近綜合地線端子連接；橋梁上接觸網(wǎng)基礎(chǔ)與橋梁內(nèi)縱向接地鋼筋連接；

(2)隧道內(nèi)所用吊柱底座通過上部接地跳線與PW線相連接，PW線每隔500m通過下部連接線與隧道內(nèi)的綜合接地線連接；

(3)車站接觸網(wǎng)支柱應(yīng)與車站綜合地網(wǎng)相連；

(4)距綜合地線15 m范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物均與貫通地線相連，距貫通地線15 m以外的支柱及其它金屬物可單獨接地，接地電阻不大于10 Ω。

(5)各牽引所亭所自身的接地網(wǎng)分別通過3×240 mm2銅纜與該所附近所在線路鋼軌扼流圈（一般為1 km左右）直接相連。上、下行扼流圈間用2×95 mm2銅纜連接，上、下行扼流圈與綜合地線間分別用2×70 mm2銅纜連接。

3.2 牽引供電回流的電氣回路連接和設(shè)置正常

根據(jù)多條高速鐵路測試經(jīng)驗，軌回流、PW線回流、所地網(wǎng)回流的分配比例一般在20%、50%、30%。試驗前應(yīng)組織鐵科院結(jié)合聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作進(jìn)行牽引回流測試，出具回流系統(tǒng)測試結(jié)論，如果結(jié)論不合格，需要進(jìn)一步查找回流不暢的原因，并進(jìn)行處理。牽引回流主要保證措施：

(1)區(qū)間PW線與支柱按照不絕緣設(shè)置。每個閉塞分區(qū)PW線一般每隔1 500 m上下行過軌并聯(lián)一次，通過扼流變中性點或空心線圈再與鋼軌連接，此連接點與貫通地線與信號軌道電路完全橫向連接線的連接點盡量在同一里程。

(2)牽引變電所應(yīng)采用不少于兩回獨立的架空回流絕緣電纜經(jīng)扼流變壓器中性點與鋼軌相連，并將回流線引入牽引變電所。

3.3 繼電保護(hù)功能正常

試驗區(qū)段牽引變電所、AT所、分區(qū)所綜合自動化裝置的保護(hù)定值和參數(shù)設(shè)置應(yīng)保證裝置故障測距和保護(hù)功能的正確，試驗前應(yīng)確認(rèn)牽引變電所、分區(qū)所、AT所保護(hù)全部可靠投入，確認(rèn)故標(biāo)及保護(hù)裝置定值完整及接觸網(wǎng)單位阻抗值正確。相關(guān)開關(guān)的保護(hù)回路應(yīng)在試驗前組織一次傳動試驗和檢查。

3.4 電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)（SCADA）功能完整

試驗區(qū)段牽引變電所、AT所、分區(qū)所SCADA系統(tǒng)應(yīng)完成規(guī)定的調(diào)試工作，確保各項功能完善，全面、準(zhǔn)確地記錄現(xiàn)場設(shè)備的遙信量、遙測量的變化過程。

3.5 試驗接線正確，試驗儀器和裝置工作狀態(tài)完好

(1)對接入牽引變電所、AT所、分區(qū)所的測試設(shè)備接線情況和工作狀態(tài)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

(2)試驗用作業(yè)車載斷路器應(yīng)提前進(jìn)行分合閘功能的調(diào)試和絕緣試驗。

3.6 參與試驗的各單位，特別是不同專業(yè)單位和部門之間的組織、協(xié)調(diào)工作完成

短路試驗涉及供電、工務(wù)、電務(wù)、通信等專業(yè)設(shè)備和短路試驗點所在供電臂范圍內(nèi)所有單位的人員作業(yè)安全，以及鐵路沿線附近的當(dāng)?shù)厝藛T安全，應(yīng)通過組織開會研討、協(xié)商的形式統(tǒng)一思想和認(rèn)識，協(xié)調(diào)各方做好試驗前的準(zhǔn)備和試驗期間的配合工作。

4 短路試驗組織和注意事項

(1)每次短路試驗前，相關(guān)單位按照分工對試驗條件進(jìn)行共同確認(rèn)，具備試驗條件后開始試驗。

①試驗測試單位、四電施工單位及供電、通信、工務(wù)、電務(wù)段在每次試驗前后，向短路試驗現(xiàn)場負(fù)責(zé)人書面遞交設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)單。

②設(shè)計院、牽引變電所亭主要設(shè)備供應(yīng)商、供電段在每次試驗前后，向牽引變電所試驗負(fù)責(zé)人書面遞交設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)單。

(2)牽引變電所試驗負(fù)責(zé)人統(tǒng)一向短路試驗現(xiàn)場及牽引變電所、AT所、分區(qū)所下達(dá)每一步操作命令。變電所操作人員應(yīng)站在操作手柄前，一旦出現(xiàn)保護(hù)拒動，應(yīng)立即人工分閘。

(3)所有參加現(xiàn)場試驗的人員在車站集中上接觸網(wǎng)作業(yè)車到現(xiàn)場，所有進(jìn)入短路試驗現(xiàn)場的人員應(yīng)服從接觸網(wǎng)試驗現(xiàn)場指揮的統(tǒng)一安排，每次短路試驗前必須保證所有人員已退出遠(yuǎn)離短路點10 m范圍外（非電源方向側(cè)），并不得觸摸線路上任何金屬表面。所有人員必須嚴(yán)格執(zhí)行勞動安全保護(hù)相關(guān)規(guī)定。

(4)試驗期間，由四電施工單位及工務(wù)、電務(wù)段指派勝任人員在車站行車室值守，做好應(yīng)急處置準(zhǔn)備。

(5)公安部門負(fù)責(zé)試驗區(qū)段沿線人員清理、安全保衛(wèi)工作。試驗期間，除參加試驗人員外，其它任何單位和個人不得進(jìn)入試驗區(qū)段。

(6)工務(wù)段負(fù)責(zé)對每一次短路試驗前后鋼軌與接地靴連接良好的確認(rèn)，并在試驗前后對短路地點鋼軌進(jìn)行探傷。

(7)因故需中斷試驗時，現(xiàn)場人員必須服從工作領(lǐng)導(dǎo)人的統(tǒng)一指揮，不得擅自行動。

(8)全部短路試驗完畢后，相關(guān)單位對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)供電、電務(wù)、通信、工務(wù)設(shè)備正常，確認(rèn)現(xiàn)場人員、機具、材料、設(shè)備全部撤離接觸網(wǎng)安全距離以外后，方可銷令送電。如試驗造成供電、電務(wù)、通信、工務(wù)設(shè)備異常，相關(guān)單位按規(guī)定在車站登記。

5 短路試驗結(jié)果分析

(1)短路試驗結(jié)果分析主要完成以下任務(wù)：

①饋線保護(hù)類型設(shè)置是否合理，保護(hù)定值設(shè)定是否滿足保護(hù)范圍內(nèi)對裝置靈敏性、可靠性的要求，保護(hù)裝置接線是否存在極性錯誤，故障波形和數(shù)據(jù)顯示是否正確。

②AT故障測距裝置本身是否可靠工作，接線是否存在極性錯誤情況，定值設(shè)定是否正確，通過對比實際故障點與顯示故障點標(biāo)定差距來判定該裝置是否滿足測量范圍內(nèi)靈敏性和精準(zhǔn)度響應(yīng)要求，計算公式所選取的參數(shù)、內(nèi)部程序是否需要調(diào)整等。

③接觸網(wǎng)和正饋線永久性接地故障點標(biāo)定同實際故障點差距對比，判定自帶直供電方式測距功能的饋線保護(hù)裝置是否滿足測量范圍內(nèi)靈敏性和精準(zhǔn)度響應(yīng)要求，設(shè)計選取的單位阻抗和供電臂長度是否合理和準(zhǔn)確，定值是否需要調(diào)整。

④故障測距裝置通信功能判定，包括通道數(shù)據(jù)通信質(zhì)量、綜合自動化裝置和SCADA系統(tǒng)點表對應(yīng)是否一致，數(shù)據(jù)采集的同步性驗算等。

⑤對所測得的接觸網(wǎng)、正饋線接地情況下鋼軌電位、鋼軌電流、貫通地線電位、貫通地線電流、信號電纜芯線感應(yīng)電動勢、信號電纜外皮回流最大值和有效值及鋼軌差模電壓瞬時波形進(jìn)行分析，評估高壓接地情況下的電磁兼容響應(yīng)和設(shè)備運行安全性。

(2)短路試驗分析工作一般由供電處牽頭，組織試驗測試單位、設(shè)計院、變電所綜合自動化和SCADA設(shè)備供應(yīng)商、四電施工單位、供電段共同參與，通過分析明確下一步參數(shù)和定值調(diào)整方案、后期觀察和數(shù)據(jù)積累、驗證安排等。

(3)根據(jù)分析結(jié)果和后續(xù)工作安排，由供電段制做故障測距標(biāo)定數(shù)據(jù)與支柱號、鐵路里程（公里標(biāo)）對照表，以指導(dǎo)供電調(diào)度、生產(chǎn)調(diào)度、網(wǎng)工區(qū)故障查找工作。

6 結(jié)束語

高速鐵路接觸網(wǎng)短路試驗的實施組織是一項專業(yè)協(xié)調(diào)任務(wù)重、前期準(zhǔn)備工作時間長、人身和設(shè)備安全風(fēng)險大、工作周密性要求高的工作，通過先后組織滬寧城際、滬杭客專、京滬高速鐵路等4次接觸網(wǎng)短路試驗，上海鐵路局在鐵道部有關(guān)部門指導(dǎo)和建設(shè)、運行部門的積極支持和配合下，積累了比較成熟的經(jīng)驗，試驗所取得的測試和分析成果正運用于高速鐵路牽引供電系統(tǒng)日常維護(hù)工作中。