接觸網(wǎng)開關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制拒動(dòng)原因探討

王優(yōu)權(quán) 上海鐵路局調(diào)度所

接觸網(wǎng)開關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)控制拒動(dòng)原因探討

王優(yōu)權(quán) 上海鐵路局調(diào)度所

接觸網(wǎng)上的遠(yuǎn)控開關(guān)是快速判斷故障區(qū)段、隔離故障區(qū)段的重要工具。當(dāng)接觸網(wǎng)故障時(shí)，利用遠(yuǎn)控開關(guān)將故障設(shè)備隔離，縮小停電范圍，及時(shí)恢復(fù)接觸網(wǎng)正常供電，遠(yuǎn)控開關(guān)是否能可靠動(dòng)作，是其應(yīng)有功能得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。通過對接觸網(wǎng)開關(guān)控制部分電源故障的原因分析，得出相應(yīng)的防范措施。

接觸網(wǎng)；開關(guān)；拒動(dòng)；原因；探討

接觸網(wǎng)設(shè)置在露天鐵路沿線，工作環(huán)境惡劣，設(shè)備沒有備用。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，如果不能迅速隔離故障區(qū)段，將造成上（下）行甚至雙線10km～30km接觸網(wǎng)失電，這將極大的影響行車組織甚至造成行車中斷。遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)能迅速的隔離故障點(diǎn)，使停電在一最小范圍，恢復(fù)正常設(shè)備供電，將接觸網(wǎng)故障對行車的影響減少到最小。但接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)經(jīng)常操作拒動(dòng)，其動(dòng)作的可靠性急待提高。

例如：2013年7月12日17:09徐州東牽引所213、214斷路器跳閘，重合閘不成功，故標(biāo)0.8km。試送電失敗，依據(jù)保護(hù)信息和故標(biāo)初步判斷為供電線電纜故障，制定搶修預(yù)案為甩開故障電纜，實(shí)施越區(qū)供電。17:22遠(yuǎn)控分?jǐn)?03、704單元上網(wǎng)隔開3131、3141GK不成功，所內(nèi)操作也不成功。直至18:12人員已到達(dá)現(xiàn)場，方才當(dāng)?shù)胤謹(jǐn)?131、3141、3131F、3141F上網(wǎng)隔開，甩開故障電纜，恢復(fù)703、704單元供電。由于3131、3141GK機(jī)構(gòu)操作電源開關(guān)跳閘，致使遠(yuǎn)動(dòng)操作不成功，造成京滬高鐵703、704單元延遲50min才恢復(fù)供電，京滬高鐵徐州東到宿州東站間上下行線中斷行車1個(gè)多小時(shí)，極大干擾了運(yùn)輸秩序。

遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)拒動(dòng)，極大延誤了對故障區(qū)段的隔離，嚴(yán)重影響列車安全運(yùn)行。必須對其拒動(dòng)原因進(jìn)行詳細(xì)分析，找出原因，采取措施，切實(shí)提高動(dòng)作的可靠性。

1 設(shè)備原理

遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)是由調(diào)度端發(fā)出控制命令，執(zhí)行端接收命令，實(shí)現(xiàn)分合閘操作，其執(zhí)行端設(shè)備主要由電動(dòng)隔離開關(guān)本體，電動(dòng)隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、光纖通信傳輸設(shè)備（或無線通信傳輸設(shè)備）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置及工作電源組成。其中電動(dòng)隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、光纖通信傳輸設(shè)備（或無線通信傳輸設(shè)備）及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置安裝在開關(guān)箱內(nèi)。其電源由牽引變電所、AT所、分區(qū)所或電力箱變引來。設(shè)備具體的配置如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程控制接觸網(wǎng)開關(guān)執(zhí)行端設(shè)備圖

2 設(shè)備運(yùn)行情況及存在的問題分析

正常情況下，遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)很少操作，但當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，接觸網(wǎng)開關(guān)必須可靠動(dòng)作，達(dá)到快速隔離故障點(diǎn)或給非故障接觸網(wǎng)供電的目的。由于遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)安裝在接觸網(wǎng)線路上，室外氣候多變，環(huán)境復(fù)雜，容易引起故障。故障產(chǎn)生后，由于遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)本體、通信設(shè)備箱和操作機(jī)構(gòu)箱這些設(shè)備均是安裝在線路上，必須在天窗點(diǎn)封鎖線路上道處理。而且遠(yuǎn)程控制接觸網(wǎng)開關(guān)很多，且分布范圍廣，發(fā)生故障后不能及時(shí)修復(fù)，造成接觸網(wǎng)開關(guān)長時(shí)間不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，特別是普速鐵路一些遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)長期處于失控狀態(tài)。根據(jù)上海局去年所有普速和高鐵遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)拒動(dòng)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，主要故障原因如下表1所示。

表1 接觸網(wǎng)開關(guān)設(shè)備故障原因統(tǒng)計(jì)

可以看出電源故障發(fā)生的概率最高，電源故障將造成RTU失電、通信不通、電機(jī)失電等，是我們需要重點(diǎn)分析解決的問題。電機(jī)故障、機(jī)械故障、通信設(shè)備故障主要依靠我們嚴(yán)格進(jìn)貨檢驗(yàn)，按標(biāo)準(zhǔn)安裝調(diào)試，合理安排檢修計(jì)劃，精檢細(xì)修，不斷提高檢修工藝，檢修質(zhì)量等來預(yù)防和降低故障發(fā)生的概率，確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。

3 電源故障原因分析

接觸網(wǎng)線路上的遠(yuǎn)程控制開關(guān)電源故障發(fā)生的概率很高，而牽引所，AT所，分區(qū)所內(nèi)的遠(yuǎn)程控制開關(guān)卻很少發(fā)生電源故障。

通過對遠(yuǎn)程控制的接觸網(wǎng)開關(guān)發(fā)生電源故障時(shí)，當(dāng)時(shí)的氣候條件及周邊設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)某供電臂內(nèi)有接觸網(wǎng)開關(guān)電源發(fā)生故障時(shí)，多伴隨該供電臂相應(yīng)的饋線斷路器在同一時(shí)間跳閘或當(dāng)時(shí)現(xiàn)場有打雷的情況。以京滬、合蚌高鐵為例，自2013年6月至2013年8月，接觸網(wǎng)開關(guān)的電源設(shè)備共發(fā)生了13次故障。其中4次，接觸網(wǎng)饋線斷路器在同一時(shí)間跳閘（見表2）。

表2 接觸網(wǎng)跳閘時(shí)，網(wǎng)開關(guān)電源情況

另外9次接觸網(wǎng)饋線斷路器雖然沒有發(fā)生跳閘，但經(jīng)牽引所值班員和網(wǎng)工區(qū)人員反映，當(dāng)時(shí)現(xiàn)場都有打雷現(xiàn)象。

以京滬高為例，通過對京滬高鐵703、704單元上的接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)隔開3131、3141、及并聯(lián)開關(guān)3102，F(xiàn)線隔開3131F、3141F；京滬高 713、714單元分相開關(guān) 3001、3002、3003、3004，上網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)3111F、3111、3121F、3121的工作電源電纜路徑走向進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其與綜合地線在同一電纜溝內(nèi)平行鋪設(shè)。還有與京滬高鐵703、704單元,713、714單元供電線高壓電纜并行，且有一部分同溝（見圖2）。

圖2 現(xiàn)場遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)電源電纜布置圖

即使正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，緊鄰平行敷設(shè)的電纜之間都存在電氣干擾。特別是接觸網(wǎng)線路又是一個(gè)單相回路，當(dāng)饋線發(fā)生故障并跳閘時(shí)，瞬間變化巨大的故障電流，在周邊設(shè)備產(chǎn)生很大的感應(yīng)磁場，磁場交鏈周圍的鐵磁物質(zhì)，產(chǎn)生一個(gè)非常高的尖峰感應(yīng)電勢，其大小取決于電流大小、上下行導(dǎo)線間距、并行距離等。計(jì)算公式為：

上式中，M為互感，ω為角頻率，I為高壓供電線中的突變電流。

根據(jù)GB50217《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，當(dāng)電磁感應(yīng)的干擾較大時(shí)，電纜屏蔽層宜采用兩點(diǎn)接地。但是由于鐵路交流牽引供電系統(tǒng)是利用軌、地進(jìn)行回流的，如果接觸網(wǎng)開關(guān)的工作電源電纜采用屏蔽層兩點(diǎn)接地，在牽引負(fù)荷運(yùn)行的過程中，將有大量的牽引回流通過電纜的屏蔽層向變電所回流，造成電纜發(fā)熱使電纜芯線的絕緣損壞，在電氣化區(qū)段不能采用。

當(dāng)高壓線路故障跳閘時(shí)，由于高壓供電線中突變電流將達(dá)到6000A以上，且接觸網(wǎng)開關(guān)的工作電源電纜與供電線高壓電纜有并行且部分同溝，以平行500m為例，遠(yuǎn)動(dòng)隔離開關(guān)工作電源電纜上將會產(chǎn)生一個(gè)非常高的尖峰感應(yīng)電勢，達(dá)到8kV以上。造成設(shè)備故障，開關(guān)跳閘。

同樣，接觸線遭雷擊時(shí)，感應(yīng)雷侵入接觸網(wǎng)供電線高壓電纜、綜合接地線，雷電波會在接觸網(wǎng)開關(guān)工作電源電纜上感應(yīng)出一個(gè)更高的尖峰感應(yīng)電勢，對網(wǎng)開關(guān)的通信設(shè)備和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響，如插板的絕緣閃絡(luò)和瞬間短路使工作電源開關(guān)跳閘、過電壓使監(jiān)控單元板絕緣擊穿及電機(jī)燒毀，電機(jī)過電壓保護(hù)造成開關(guān)跳閘，燒壞防浪涌保護(hù)等非常嚴(yán)重的破壞，特別是電源開關(guān)跳閘發(fā)生比較頻繁，造成遠(yuǎn)控開關(guān)拒動(dòng)。

4 現(xiàn)場分析

當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者過電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)隔開都裝有浪涌保護(hù)器，但電源故障還是常用發(fā)生。

經(jīng)過對遠(yuǎn)動(dòng)隔開控制回路進(jìn)行了詳細(xì)的了解和分析。主要發(fā)現(xiàn)以下一些問題：

（1）開關(guān)位置無法監(jiān)控，且開關(guān)箱內(nèi)設(shè)置有7組空開，空開多且分級設(shè)置容易造成空開跳閘。

（2）安裝的浪涌保護(hù)器采用氧化鋅與氣體放電管組合形式，放電管型浪涌保護(hù)器殘壓大，會造成設(shè)備故障。

（3）浪涌保護(hù)器安裝在開關(guān)負(fù)荷側(cè)，對電源開關(guān)沒有起到保護(hù)作用。

（4）浪涌保護(hù)器設(shè)置時(shí)主要考慮操作過電壓，在開關(guān)本體機(jī)構(gòu)控制箱安裝了C級，放電容量為20kA的防浪涌保護(hù)器。而根據(jù)低壓浪涌保護(hù)器設(shè)置規(guī)定，有雷電感應(yīng)的線路進(jìn)配電箱、開關(guān)箱處加裝的浪涌保護(hù)器放電容量不小于40kA，設(shè)置的浪涌保護(hù)器放電容量不足。

5 應(yīng)對措施

（1）對RTU箱、網(wǎng)隔機(jī)構(gòu)箱內(nèi)二次線進(jìn)行改造，簡化RTU箱和開關(guān)機(jī)構(gòu)箱電源回路接線，原來開關(guān)箱內(nèi)的7組空開去除4組，并且在空氣開關(guān)上加裝位置輔助接點(diǎn)，通過RTU上傳空氣開關(guān)位置信號至所亭后臺和調(diào)度端，包括RTU箱內(nèi)空開和操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)空開及其它空氣開關(guān)，以便隨時(shí)監(jiān)視開關(guān)狀態(tài)。

（2）將戶外機(jī)構(gòu)箱、RTU箱內(nèi)的電涌保護(hù)器均更換為氧化鋅型，避免發(fā)生空氣開關(guān)跳閘。

（3）全部將浪涌保護(hù)器改接到箱內(nèi)空氣開關(guān)的電源側(cè)。

（4）在接觸網(wǎng)開關(guān)電源總開關(guān)前加裝放電容量為60kA,響應(yīng)時(shí)間不大于25ns的電源防雷器，以增大放電的容量。在電源設(shè)備出線處和開關(guān)電源分支箱處加裝電源防雷器，加強(qiáng)對供電電纜自身和出線電源總開關(guān)的保護(hù)（見圖3）。

圖3 電源防震器安裝位置情況

（5）在通信傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制部分的內(nèi)部電源部分，因電壓低，過電壓入侵危更容易發(fā)生故障。在其電路板上安裝內(nèi)置式電源防雷器，以完全消除縮小瞬態(tài)過電壓。

（6）降低接觸網(wǎng)開關(guān)裝置防雷接地電阻，防雷接地電阻不能大于4Ω，防雷接地引線采用截面積不小于16mm2的多股軟銅絞線。

6 結(jié)束語

隨著電氣化鐵路的發(fā)展，高速動(dòng)車組及直供電列車的開行，接觸網(wǎng)不再只是向電力機(jī)車提供動(dòng)力源，而且向旅客車廂內(nèi)空調(diào)、照明等提供電源，這對接觸網(wǎng)供電的可靠性提出了更高的要求。遠(yuǎn)程控制接觸網(wǎng)開關(guān)在接觸網(wǎng)故障時(shí)可以及時(shí)恢復(fù)非故障接觸網(wǎng)正常供電，這對于日益依賴供電的行車組織具有極其重要的作用，接觸網(wǎng)開關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)操作可靠性的提高具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]UTEC15-443.低壓浪涌保護(hù)器的選擇與應(yīng)用.

[2]《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》.GB50217-2007.

[3]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》.GB50343-2009.

[4]鐵建設(shè)函[2005]47號.新建時(shí)速300km～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

責(zé)任編輯：許耀元 朱挺

來稿日期：2014-08-13