蕭山2#牽引變電所杭州東方向故障測(cè)距分析

付振民 上海鐵路局調(diào)度所

蕭山2#牽引變電所杭州東方向故障測(cè)距分析

付振民 上海鐵路局調(diào)度所

通過(guò)分析杭州東站的供電現(xiàn)狀，同一般AT供電區(qū)段作了比較。為便于故障測(cè)距分析，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可將其化簡(jiǎn)成通常的AT供電模式，根據(jù)故障測(cè)距原理，即可將故障測(cè)距值的大小分成三種情況來(lái)分析，為區(qū)分故障點(diǎn)的所在區(qū)段，準(zhǔn)確判斷和查找故障點(diǎn)提供了依據(jù)。

杭州東站；AT供電；全并聯(lián)；故障測(cè)距；吸上電流比；線性電抗

1 杭州東站供電現(xiàn)狀

蕭山2#牽引所杭州東站供電臂為673、674單元，分為滬杭長(zhǎng)場(chǎng)、寧杭甬場(chǎng)兩個(gè)供電分束，末端分別是杭州東分區(qū)所和杭州北分區(qū)所，在供電臂中間有寧圍AT所。目前的運(yùn)行方式是寧圍AT所和杭州北分區(qū)所上、下行并聯(lián)，AT變各投入一臺(tái)。杭州東分區(qū)所上、下行不并聯(lián)，AT變不投入。

為分析方便，我們可將蕭山2#牽引所位置記為A點(diǎn)，寧圍AT所位置記為B點(diǎn)，并聯(lián)點(diǎn)處記為C點(diǎn)，杭州北分區(qū)所位置記為D點(diǎn)，杭州東分區(qū)所位置記為E點(diǎn)。A-B-C-D區(qū)段稱(chēng)之為主回路，CE區(qū)段稱(chēng)之為支回路。AC間距離為18.17km。如圖1所示。

圖1 杭州東站供電現(xiàn)狀

杭州東站的供電模式相較于一般AT供電區(qū)段很特殊，因其有兩個(gè)末端分區(qū)所，這使接觸網(wǎng)的保護(hù)和故障測(cè)距更加復(fù)雜。下面分析杭州東站的供電和一般AT供電區(qū)段的電路拓?fù)溆泻萎愅?/p>

2 一般AT供電的電路拓?fù)?/h2>

所謂“一般”是指上海局大多數(shù)的AT供電方式，是一個(gè)牽引所供上下行線路，中間有AT所，末端只有一個(gè)分區(qū)所。AT所和分區(qū)所全并聯(lián)供電，AT變各投入一臺(tái)。其電路模型可用圖2表示。

圖2 AT供電電路模型

理想情況下機(jī)車(chē)牽引電流（或短路電流）全部被兩側(cè)AT變吸上，經(jīng)正饋線（F線）流回牽引所，在其他AT段的鋼軌和PW線中無(wú)牽引電流(鋼軌和PW線每隔1200m～1500m并聯(lián)一次)。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：AT供電區(qū)段發(fā)生的短路故障絕大多數(shù)是接觸網(wǎng)或正饋線對(duì)鋼軌、PW線的短路，即T-R/F-R故障，本文只分析此類(lèi)故障。

鐵路牽引供電的供電臂較長(zhǎng)（AT區(qū)段最長(zhǎng)的40km～50 km），發(fā)生短路故障后，為了及時(shí)處理故障，減小接觸網(wǎng)停電對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?，需要在最短時(shí)間內(nèi)找到故障點(diǎn)。為此需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備來(lái)測(cè)量短路點(diǎn)到牽引所的距離。

3 故障測(cè)距的原理

蕭山2#牽引所安裝的是國(guó)電南自公司的型號(hào)為WGB-65U（A型）的故測(cè)裝置，在AT所、分區(qū)所安裝是WGB-65U（B）型的故測(cè)裝置，通過(guò)專(zhuān)用的通信通道組成一套完整的故測(cè)系統(tǒng)。

牽引所的故測(cè)裝置在判斷接觸網(wǎng)發(fā)生故障后，通過(guò)通信通道向同一供電臂上的AT所、分區(qū)所發(fā)送取故障數(shù)據(jù)的指令，各子所收到指令后，保存與牽引所同一時(shí)刻的故障電量，并上傳至牽引所，由牽引所的故測(cè)裝置按相應(yīng)原理來(lái)計(jì)算故障距離。全并聯(lián)運(yùn)行時(shí)利用“AT中性點(diǎn)吸上電流比”原理來(lái)測(cè)量T-R/F-R故障距離；在AT變解列的直供方式，利用“線性電抗法”來(lái)測(cè)量故障距離。

3.1 AT中性點(diǎn)吸上電流比測(cè)距原理

AT牽引供電系統(tǒng)由于線路短路阻抗值非線性，當(dāng)發(fā)生T-R/F-R短路故障時(shí)，整個(gè)供電臂上所有的AT吸上電流的最大值出現(xiàn)在故障點(diǎn)兩側(cè)，且兩個(gè)AT中性點(diǎn)吸上電流之比與故障點(diǎn)離兩個(gè)AT的距離是成反比。當(dāng)故障發(fā)生在第n個(gè)AT和第n+1個(gè)AT之間時(shí)，如圖3所示。

圖3 吸上電流比測(cè)距原理圖

此時(shí)可按如下公式計(jì)算故障距離：

式中：

L：故障點(diǎn)距牽引所的距離；

Ln：牽引所距第n個(gè)AT的距離；

Dn：第n個(gè)AT與第n＋1個(gè)AT之間的距離；

In，In+1:分別為第n個(gè)AT與第n+1個(gè)AT中性點(diǎn)的吸上電流；

Qn,Qn+1：整定值，與AT間距離大小、鋼軌漏抗、AT漏抗、饋線長(zhǎng)短、鋼軌聯(lián)接導(dǎo)電情況等因素有關(guān)，取經(jīng)驗(yàn)值5-10；

Kn，Kn+1：電流分布系數(shù)，范圍根據(jù)站場(chǎng)情況可調(diào)整。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間線路K=1.0。

3.2 線性電抗法測(cè)距原理

在接觸網(wǎng)AT供電方式下，由于某些原因各所AT解列轉(zhuǎn)成直供方式時(shí)，原先的吸上電流比原理將不適用此種情況。此時(shí)應(yīng)采用線性電抗法來(lái)進(jìn)行故障測(cè)距。牽引所處測(cè)得的短路電抗與故障點(diǎn)的距離成分段線性關(guān)系。測(cè)距公式如下：

式中：

L：故障點(diǎn)到牽引所的距離；

Li：線性電抗法定值中的T-R或F-R故障第i點(diǎn)的距離；

Li+1：線性電抗法定值中的T-R或F-R故障第i+1點(diǎn)的距離；

Xi：線性電抗法定值中的T-R或F-R故障第i點(diǎn)的短路電抗；

Xi+1：線性電抗法定值中的T-R或F-R故障第i+1點(diǎn)的短路電抗；

Xcal：牽引所測(cè)得的短路電抗，其值介于Xi和Xi+1之間。

4 杭州東站AT供電的電路拓?fù)?/h2>

杭州東站目前運(yùn)行方式的電路拓?fù)?，是在一般AT供電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上在C處T接了CE間的接觸網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 杭州東站供電拓?fù)?/p>

因?yàn)楹贾輺|分區(qū)所上下行接觸網(wǎng)不并聯(lián)，AT變不投入，電力機(jī)車(chē)在CE間的任一處（記作F點(diǎn)）取流時(shí)只和所接觸的T線發(fā)生電流聯(lián)系，和鄰線T線、上下行的F線均無(wú)電流聯(lián)系。在電路分析時(shí)可以把電力機(jī)車(chē)、所取流的T線、鋼軌和PW線“拉”到并聯(lián)點(diǎn)C處，同原本在C處取流的情況比較，相當(dāng)于在受電弓與T線間串聯(lián)了一個(gè)阻抗Z，它包括CF間的T線、鋼軌和PW線的阻抗，見(jiàn)圖5所示。此時(shí)的機(jī)車(chē)電流（或短路電流）I會(huì)比未串聯(lián)阻抗Z時(shí)略小，但對(duì)于兩側(cè)的AT變中性點(diǎn)吸上電流的比值不會(huì)有影響。因此短路故障點(diǎn)在支回路CE間時(shí)，用“吸上電流比”原理測(cè)出的故障距離只能是C點(diǎn)的距離。

圖5 杭州東站供電拓?fù)渥冃?/p>

5 杭州東站供電臂的故障測(cè)距

當(dāng)供電臂中滬杭長(zhǎng)場(chǎng)、寧杭甬場(chǎng)分別發(fā)生短路故障時(shí)，其故障點(diǎn)到牽引所的距離有可能是相等的，也就是說(shuō)故障點(diǎn)到牽引所的實(shí)際距離大于并聯(lián)點(diǎn)C的距離時(shí)，故障點(diǎn)可能在主回路上，也可能在支回路上，這也是其相較于一般AT供電區(qū)段的特殊之處。

在日常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生T-R/F-R短路故障時(shí)，可按照測(cè)距裝置給出的故障距離L的大小來(lái)分析故障點(diǎn)的所處的區(qū)段。并聯(lián)點(diǎn)C處距牽引所A的間距是18.17km，考慮故測(cè)距離允許有1km的誤差，用17.17km處的H點(diǎn)和19.17 km處的I點(diǎn)把主回路AD分為三個(gè)小區(qū)段，考慮三種情況。重點(diǎn)分析第三種情況。

（1）當(dāng)L＜17.17km時(shí)，說(shuō)明故障點(diǎn)是在AH之間。

（2）當(dāng)L＞19.17km時(shí)，通過(guò)對(duì)圖5的分析，可判斷故障點(diǎn)在主回路DI之間。

（3）當(dāng)17.17km＜L＜19.17km時(shí)，故障點(diǎn)可能在主回路上C點(diǎn)附近，也可能在支回路上的任意一點(diǎn)，下面按永久故障和瞬時(shí)故障兩種情況來(lái)分析。

發(fā)生永久故障時(shí)，牽引所的上下行斷路器會(huì)同時(shí)跳閘，此時(shí)故測(cè)裝置會(huì)采用“AT中性點(diǎn)吸上電流比”原理來(lái)測(cè)量故障距離L并上傳至調(diào)度中心；1s后AT所、分區(qū)所的饋線斷路器和AT變的斷路器均會(huì)失壓跳閘，AT供電方式轉(zhuǎn)成直供方式；2s后牽引所上下行斷路器會(huì)利用自動(dòng)重合閘功能自動(dòng)合閘，此時(shí)無(wú)故障的線路會(huì)合閘成功，發(fā)生故障的線路因故障點(diǎn)依然存在會(huì)第二次跳閘，此時(shí)故測(cè)裝置采用“線性電抗法”原理測(cè)量出故障距離L2并上傳。若L2的值在17.17km與19.17km之間，則判斷故障點(diǎn)就在C點(diǎn)附近。若是L2＞19.17km，說(shuō)明故障點(diǎn)到牽引所的實(shí)際距離大于并聯(lián)點(diǎn)C處的距離，但通過(guò)“吸上電流比”原理的分析排除了在主回路CD間的情況，則可判斷故障點(diǎn)必在支回路CE之間。

發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，第一次跳閘后故障點(diǎn)即消失，各所的斷路器會(huì)自動(dòng)重合閘成功，線路恢復(fù)正常運(yùn)行方式。此時(shí)沒(méi)有L2，也就不能判斷出故障點(diǎn)是在主回路還是支回路，但這不會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)的正常供電和鐵路運(yùn)輸造成影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前杭州東站的運(yùn)行方式對(duì)于故障測(cè)距是不利的。發(fā)生永久性故障時(shí)，為減少接觸網(wǎng)工區(qū)查找故障點(diǎn)的時(shí)間，通常是利用網(wǎng)上遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)多次分段試送電，這種方法是有弊端的，一是增加了判斷時(shí)間，更重要的是會(huì)造成多次短路跳閘，使供電設(shè)備再次經(jīng)受大電流沖擊，可能會(huì)造成更嚴(yán)重的故障，反而會(huì)增加故障處理的時(shí)間。但本文所述的分析方法可以使供電設(shè)備免受大電流的再次沖擊，并且可在幾秒鐘內(nèi)判斷出永久性故障點(diǎn)所在區(qū)段，使接觸網(wǎng)工區(qū)可以直奔故障點(diǎn)處，能給故障點(diǎn)的判斷、查找和處理贏得時(shí)間，減少了接觸網(wǎng)故障停電時(shí)間，并減小對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

[1]李群湛，賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析（第二版）.成都：西南交大出版社, 2010.5.

[2]譚秀炳.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)（第二版）.成都：西南交大出版社,2007.3.

[3]國(guó)電南自WGB-65U微機(jī)故障測(cè)距裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū).

[4]中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院.杭州樞紐供電示意圖.

責(zé)任編輯：王華徐偉民來(lái)稿日期：2014-11-26