牽引變電所饋線跳閘分析與判斷

岳學(xué)民

（中國鐵路鄭州局集團(tuán)公司調(diào)度所，工程師 河南鄭州 450052）

隨著我國電氣化鐵路的快速發(fā)展，列車運(yùn)行速度和密度的不斷增加，鐵路運(yùn)輸對牽引供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。當(dāng)供電線路發(fā)生故障時，變電所饋線斷路器跳閘，接觸網(wǎng)線路將停電，就會中斷電力機(jī)車供電，打亂鐵路行車秩序，影響運(yùn)輸。變電所饋線斷路器跳閘后，如何根據(jù)跳閘信息綜合分析、快速判斷故障性質(zhì)與范圍，是盡快處理故障、快速恢復(fù)供電行車、減少供電事故對運(yùn)輸影響的關(guān)鍵因素。

當(dāng)供電線路發(fā)生故障，變電所饋線斷路器跳閘時，牽引供電SCADA系統(tǒng)會發(fā)出實(shí)時故障報告，根據(jù)饋線保護(hù)動作情況，結(jié)合故障電流、故障電壓、阻抗角、故標(biāo)指示等數(shù)值，綜合分析判斷，基本可以確定接觸網(wǎng)線路的故障性質(zhì)及范圍，及時組織搶修人員有目的地進(jìn)行查找故障點(diǎn)及進(jìn)行事故搶修。

牽引變電所饋線保護(hù)裝置是供電線路的大腦，能反應(yīng)供電線路的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，并能迅速地、有選擇性地作用于斷路器切除故障線路，從而保證無故障線路的正常運(yùn)行，將事故限制在最小范圍。

1 饋線保護(hù)

牽引變電所饋線保護(hù)主要有電流速斷保護(hù)；過電流保護(hù)；距離保護(hù)；電流增量保護(hù)。

1.1 阻抗（距離）保護(hù)在饋線保護(hù)中一般采用距離保護(hù)作為主保護(hù)。

距離（阻抗）保護(hù)是反映故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近確定動作時間的一種保護(hù)裝置。距離保護(hù)既反映被保護(hù)線路故障時電壓的降低，又反應(yīng)電流的升高，是反映線路阻抗下降而動作的保護(hù)，采用方向阻抗繼電器還可反應(yīng)相角的變化，具有靈敏度高，保護(hù)范圍及選擇性不受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響和動作迅速的特點(diǎn)。

一般在變電所供電臂上設(shè)三段距離保護(hù)，開閉所設(shè)進(jìn)線一段出線兩段距離保護(hù)，分區(qū)亭設(shè)上下兩段距離保護(hù)。在供電臂上沒有開閉所的區(qū)段變電所饋線上設(shè)兩段距離保護(hù)和電流增量保護(hù)，分區(qū)亭設(shè)上下行一段距離保護(hù)。根據(jù)實(shí)際線路情況可選擇阻抗特性為偏移平行四邊形或阻抗四邊形。

距離I段保護(hù)本供電臂全長的85%左右。

距離II段保護(hù)正常運(yùn)行時為本供電臂全長范圍以及越區(qū)供電方式下至相鄰下一變電所首端電分相處。

1.2 電流速斷保護(hù)當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時為消除近點(diǎn)阻抗保護(hù)動作死區(qū)，設(shè)置該保護(hù)，對重負(fù)荷線路可以選擇低電壓閉鎖、二次諧波閉鎖、諧波抑制特性。電流速斷保護(hù)的缺點(diǎn)是其保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，在某些情況下電流速斷保護(hù)可能沒有保護(hù)范圍。因此，一般需要對電流速斷保護(hù)的靈敏性進(jìn)行校驗(yàn)。

電流速斷保護(hù)按躲過最大運(yùn)行方式下供電臂線路末端金屬性短路電流整定，動作電流整定值較大，同時要求快速動作，但保護(hù)范圍較小，大約保護(hù)整條供電臂首端的25%左右。

當(dāng)饋線發(fā)生變電所近端短路故障時，電流速斷保護(hù)動作，故障電流較大，故障電壓較低。

1.3 過電流保護(hù)過電流保護(hù)一般作為牽引饋線的后備保護(hù)，按躲過供電線路的最大負(fù)荷電流整定。

機(jī)車在線路上行駛時，負(fù)荷電流經(jīng)常變化，即在任一電流值下運(yùn)行的時間都很短。而故障電流只要一產(chǎn)生，就一直持續(xù)到故障切除后才完結(jié)。因此根據(jù)電流持續(xù)時間的不同可以鑒別故障。根據(jù)這一原理采用過電流保護(hù)。

1.4 高阻接地（電流增量）保護(hù)距離保護(hù)主要保護(hù)線路的金屬性短路，同時為了躲過線路的最大負(fù)荷，整定值一般較小，整定值要躲過饋線最低負(fù)荷阻抗，所以整定值較小，而在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)線路短路接地電阻較大時，如存在過渡電阻或非金屬性短路時，故障電流較低，接地電阻會較大，距離保護(hù)可能無法動作，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。

高阻接地保護(hù)裝置就是為了解決這一問題而設(shè)計的。通過比較短路和負(fù)荷兩種狀態(tài)可知，無論是在電力機(jī)車牽引運(yùn)行狀態(tài)還是在再生制動狀態(tài)，負(fù)荷電流中均含有大量的高次諧波（三次諧波為主），另外，當(dāng)AT變投入或機(jī)車變壓器投入時，產(chǎn)生的勵磁涌流含有很高的二次諧波分量，而線路發(fā)生短路故障時，故障電流基本是基波（正弦波），并且在短路瞬間電流的增量很大。電流增量保護(hù)利用高次諧波抑制,二次諧波閉鎖功能，并判斷基波電流增量而動作，可以不受電力機(jī)車再生負(fù)荷的影響，作為距離保護(hù)的后備保護(hù)對高阻接地故障能起到較好的保護(hù)作用，該保護(hù)的主要缺點(diǎn)是動作時間較長。電流增量保護(hù)按照供電臂內(nèi)一臺電力機(jī)車最大啟動電流進(jìn)行整定。

該保護(hù)動作一般為供電線路發(fā)生非金屬性接地故障。

如2015年7月湯陰變電所213#饋線（湯鶴下行供電臂）跳閘，電流增量保護(hù)動作，重合成功，跳閘原因?yàn)槁吠馐┕な逛摻z套松脫彈至湯鶴間下行61#支柱定位點(diǎn)吊弦南側(cè)瞬間短接接觸網(wǎng)。

2 故障信息分析

不同的供電故障，會反應(yīng)出不同的故障信息，從開關(guān)動作情況、保護(hù)動作類型等故障信息中快速判斷供電線路哪里發(fā)生了故障、發(fā)生了怎樣的故障，是排除故障、恢復(fù)正常供電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.1 根據(jù)饋線斷路器動作情況判斷

1）同一變電所同一供電方向上下行同時跳閘，兩個饋線跳閘故障報告基本一致，則可能發(fā)生上跨鐵路電力線或其它高空金屬物同時墜落在上下接觸網(wǎng)上并造成接地。

如，2015年10月，京廣線薛店變電所211#、212#（鄭州南-薛店上下行供電臂）饋線同時跳閘，重合失敗，211#饋線電壓25.19kV,電流898.8A；212#饋線電壓25.234kV，電流919.2A，故標(biāo)指示k686+409（鄭州南至小李莊148#支柱附近），跳閘原因?yàn)榫V線鄭州南站至上小李莊站間由于國家電網(wǎng)鄭州供電公司在距京廣線路350m的220kV上跨電力線施工時，避雷線斷線搭落在京廣線上下行接觸網(wǎng)上。

2）同一變電所同行（上行或下行）斷路器同時跳閘，則可能是機(jī)車帶電闖該變電所分相。

兩相鄰變電所同行（上行或下行）斷路器同時跳閘，則可能是機(jī)車帶電闖兩所間分區(qū)亭處分相。

3）變電所斷路器跳閘后重合成功，為瞬時性接地故障，一般是惡劣天氣條件下絕緣部件瞬時閃絡(luò)、電擊人或動物等。

4）變電所斷路器跳閘重合成功，過一段時間又跳閘，為斷續(xù)接地故障，可能是接觸網(wǎng)或電力機(jī)車絕緣部件閃絡(luò)，貨車綁扎繩等松脫，列車超限，樹木與接觸網(wǎng)放電、接觸網(wǎng)與接地部分距離不夠，接觸網(wǎng)斷線但未落地，弓網(wǎng)故障等。

5）變電所斷路器跳閘，重合閘和試送均不成功，為永久性接地故障，可能由于接觸網(wǎng)、正饋線或供電線斷線接地、絕緣子擊穿、隔離開關(guān)處于接地狀態(tài)下的分段絕緣器擊穿、隔離開關(guān)引線脫落或斷線、較嚴(yán)重的弓網(wǎng)故障、機(jī)車故障等。

6）變電所斷路器連續(xù)跳閘，故標(biāo)指示沿某電力列車運(yùn)行方向而變化，可判定為該電力機(jī)車故障。

如：2016年8月，焦柳線董莊變電所211（董莊-北召店下行）饋線分別在14∶22、14∶24、14∶36跳閘，均重合成功，故標(biāo)指示分別為14.3KM、9.6KM、3.2KM，當(dāng)時線路相應(yīng)位置有X25215次列車運(yùn)行，經(jīng)查確定，跳閘原因就是該次列車機(jī)車故障。

2.2根 據(jù)故障報告內(nèi)容判斷變電所斷路器跳閘后，根據(jù)故障報告內(nèi)容如故障電壓、故障電流、阻抗角等數(shù)據(jù)也可以更確切地確定故障性質(zhì)。

1）接地故障，故障報告：電壓低（17000V以下）電流較大（1000A以上）阻抗角在45°至75°之間。

2）過負(fù)荷跳閘。故障報告表現(xiàn)為，故障電壓較高（20000V以上）電流較?。?000A左右）阻抗角在40°以下，故標(biāo)指示數(shù)值超出供電范圍，一般可以判斷為過負(fù)荷。

3）故障報告中諧波含量較大且出現(xiàn)二次諧波，則可能是機(jī)車內(nèi)部故障。因?yàn)榻佑|網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時，故障電流基本是正弦波。

4）機(jī)車闖分相。除了從相關(guān)斷路器動作情況判斷外，同時從故障報告數(shù)值看，故障電壓較高（20000V以上）、電流較大（2000A左右）、阻抗角在0度附近，則可能為機(jī)車帶電過分相，此時故標(biāo)指示數(shù)據(jù)不正確，不能作為查找故障點(diǎn)的依據(jù)。

5）故障電流小，電壓基本為零，且能重合成功，變電所發(fā)壓互（PT）回路斷線信號，可判定非接觸網(wǎng)線路故障，而是電壓互感器回路斷線。

6）故障標(biāo)定裝置指示故障點(diǎn)在0值附近，則可能是變電所內(nèi)部故障或供電線故障。

3 結(jié)束語

當(dāng)變電所斷路器跳閘后，根據(jù)斷路器跳閘情況、保護(hù)動作情況、故障電流、故障電壓、故標(biāo)指示等故障信息，結(jié)合工務(wù)、機(jī)務(wù)、車站等各方面反饋的信息，以及故障地點(diǎn)的天氣、溫度、運(yùn)行環(huán)境等因素，結(jié)合各方面信息綜合判斷，可以很快判斷出故障地點(diǎn)、故障性質(zhì)及大概原因，也就可以及時指導(dǎo)故障處理人員有目的地組織查找故障點(diǎn)及快速處理故障，可以更快地確定故障地點(diǎn)、原因，及時處理，減少故障停電時間，迅速恢復(fù)供電，減少故障損失，及早恢復(fù)鐵路運(yùn)輸正常秩序。