京滬高鐵華苑牽引變電所三起跳閘故障分析

李 瑞，肖世輝

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京滬高鐵華苑牽引變電所三起跳閘故障分析

李 瑞，肖世輝

對(duì)京滬高鐵華苑牽引變電所3起跳閘故障進(jìn)行了原因分析，通過(guò)改進(jìn)措施的實(shí)施，驗(yàn)證了分析的正確性。

AT供電；京滬高鐵；跳閘分析；吸上電流比

0 引言

京滬高速鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)京滬高鐵）作為京滬快速客運(yùn)通道，線(xiàn)路由北京南站至上海虹橋站，全長(zhǎng) 1 318 km，縱貫北京、天津、上海3大直轄市和冀魯皖蘇4省，是我國(guó)“四縱四橫”客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)的其中“一縱”，也是我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中投資規(guī)模大、技術(shù)水平高的一條線(xiàn)路。京滬高鐵是新中國(guó)成立以來(lái)一次建設(shè)里程長(zhǎng)、投資大、標(biāo)準(zhǔn)高的高速鐵路，于2008年4月18日正式開(kāi)工建設(shè)，2011年6月30日通車(chē)運(yùn)營(yíng)。本文將對(duì)京滬高鐵供電系統(tǒng)中華苑牽引變電所的3起跳閘故障進(jìn)行分析。

1 華苑牽引變電所簡(jiǎn)介

京滬高鐵華苑牽引變電所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)華苑）位于天津轄區(qū)內(nèi)，采用全并聯(lián)AT供電方式（圖1），北京方向供電臂包含曹莊AT所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)曹莊）和雙口分區(qū)所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙口），于2011年正式送電開(kāi)通。

圖1 華苑變電所供電方式示意圖

華苑變電所北京方向供電臂除向京滬正線(xiàn)供電外，還承擔(dān)著為京津聯(lián)絡(luò)線(xiàn)供電的任務(wù)，其供電示意如圖2所示。其中曹莊AT所W01和W02常閉，供01和供03常閉，京津聯(lián)絡(luò)線(xiàn)W131和W132常開(kāi)。

圖2 華苑變電所北京方向供電示意圖

2 故障情況

華苑牽引變電所及相關(guān)北京方向所亭于2017年初連續(xù)發(fā)生3起跳閘故障，分別為：

（1）2017年1月17日，曹莊AT所273阻抗保護(hù)Ⅰ段跳閘，故障原因?yàn)楹椭C號(hào)列車(chē)在京津聯(lián)絡(luò)線(xiàn)過(guò)分段W131時(shí)，由于分段兩側(cè)壓差造成跳閘；

（2）2017年2月27日，曹莊AT所273、274阻抗保護(hù)Ⅰ段跳閘，故障原因?yàn)楹椭C號(hào)列車(chē)在京津聯(lián)絡(luò)線(xiàn)過(guò)分段W132時(shí)，由于分段兩側(cè)產(chǎn)生壓差造成跳閘；

（3）2017年4月2日，曹莊AT所271、272失壓跳閘，273、274阻抗保護(hù)Ⅰ段跳閘，華苑變電所211、212阻抗保護(hù)Ⅰ段跳閘，故障原因?yàn)榫€(xiàn)上出現(xiàn)異物造成接地短路。

以上3起跳閘都造成曹莊AT所W02接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)隔）機(jī)構(gòu)箱浪涌保護(hù)器和電源空氣開(kāi)關(guān)燒毀。

結(jié)合上述故障信息可看出，2017年4月2日跳閘事件故障點(diǎn)在京滬正線(xiàn)上，曹莊AT所273、274也同時(shí)跳閘；3起跳閘事件均造成曹莊AT所網(wǎng)隔W02浪涌保護(hù)器和電源空氣開(kāi)關(guān)燒毀。

3 故障分析

（1）針對(duì)故障點(diǎn)在京滬正線(xiàn)上，曹莊AT所273、274同時(shí)跳閘的分析。

經(jīng)調(diào)查，2017年4月2日華苑211、212阻抗I段跳閘，曹莊271、272失壓跳閘，273、274電流速斷跳閘，3處跳閘均重合閘成功。華苑211、212，曹莊271、272跳閘均為正常保護(hù)動(dòng)作。2017年1月17日和2月27日在分段處受電弓由于W131和W132兩側(cè)電壓差發(fā)生跳閘后，為了避免分段處兩側(cè)電壓差，將供電聯(lián)絡(luò)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)W131和W132的原常開(kāi)狀態(tài)改為常閉狀態(tài)，故障電流可經(jīng)由華苑223開(kāi)關(guān)通過(guò)曹莊分區(qū)兼開(kāi)閉所231、242和243開(kāi)關(guān)及曹莊AT所的273、274開(kāi)關(guān)，所以當(dāng)正線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)3個(gè)所的開(kāi)關(guān)都會(huì)動(dòng)作。

由供電示意圖（圖2）可知，網(wǎng)隔W131、W132由常開(kāi)改成了常閉，產(chǎn)生2個(gè)嚴(yán)重后果：

a.當(dāng)網(wǎng)隔W131、W132處于分位時(shí)，2個(gè)分段內(nèi)任一側(cè)發(fā)生故障，不會(huì)影響另一側(cè)的正常運(yùn)行；當(dāng)均處于合位時(shí)，2個(gè)分段構(gòu)成了一個(gè)完整的整體，如果區(qū)段任一點(diǎn)發(fā)生故障，必將先引起曹莊273、274跳閘，然后華苑211、212跳閘，因此擴(kuò)大了故障范圍。

b.由于采用AT全并聯(lián)供電方式，理想狀況下的吸上電流法故障測(cè)距原理如圖3所示。

圖3 AT供電方式下的吸上電流比法

故障距離及漏抗計(jì)算式為

當(dāng)網(wǎng)隔處于合位時(shí)，正常供電臂上多了一個(gè)大的電流分支，造成故障測(cè)距計(jì)算（吸上電流比法）誤差過(guò)大，影響故障點(diǎn)的查找。

綜上所述，網(wǎng)隔W131、W132應(yīng)保持常開(kāi)狀態(tài)。

（2）針對(duì)3起跳閘均引起曹莊AT所網(wǎng)隔W02浪涌保護(hù)器和控制電源空氣開(kāi)關(guān)燒毀的分析。

由于AT供電系統(tǒng)的特殊性，理論上各所回流的80～90%經(jīng)PW線(xiàn)或NF線(xiàn)回流，10～20%經(jīng)地網(wǎng)和其他途徑回流。京滬高鐵變電所、AT所和分區(qū)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，地回流約占總回流的25%，基本符合理論要求。

京滬高鐵AT區(qū)段未設(shè)回流NF線(xiàn)，PW線(xiàn)起回流線(xiàn)作用，且PW線(xiàn)支柱底座為非絕緣型。另外，京滬高鐵全線(xiàn)設(shè)有扼流變壓器，PW線(xiàn)回流均經(jīng)扼流變壓器通過(guò)吸上電流線(xiàn)流回各供電所亭，以抵消正線(xiàn)的電磁干擾。流經(jīng)兩鋼軌的牽引電流在軌道絕緣處，因上、下線(xiàn)圈中產(chǎn)生的磁通相等但方向相反，總磁通等于零，其對(duì)次級(jí)線(xiàn)圈的信號(hào)設(shè)備不產(chǎn)生任何影響。信號(hào)電流因極性交叉，在2臺(tái)扼流變壓器中點(diǎn)處電位相等，故不會(huì)越過(guò)絕緣節(jié)流向另一軌道電路區(qū)段，而流回本區(qū)段，在次級(jí)線(xiàn)圈感應(yīng)出信號(hào)電流。扼流變壓器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 扼流變壓器結(jié)構(gòu)

因此，經(jīng)綜合判斷該故障發(fā)生的可能原因?yàn)椋壕W(wǎng)隔W02浪涌保護(hù)器本身存在缺陷且PW回流通道連接效果較差。如果PW線(xiàn)回流路徑存在問(wèn)題，將造成接地網(wǎng)和其他途徑的回流比加大。當(dāng)機(jī)車(chē)或故障點(diǎn)電流不是由曹莊AT所主供時(shí)，因電流很小，對(duì)其缺陷浪涌保護(hù)器影響較小。但如果發(fā)生故障且距曹莊所最近時(shí)，即故障電流大部分由曹莊所提供時(shí)，故障產(chǎn)生的大電流無(wú)法正常通過(guò)PW線(xiàn)回流，絕大部分由綜合接地網(wǎng)流回所亭，但由于曹莊網(wǎng)隔W02的流涌保護(hù)器存在缺陷，且故障電流總量很大，因此會(huì)對(duì)浪涌保護(hù)器造成影響，導(dǎo)致浪涌保護(hù)器和電源空氣開(kāi)關(guān)燒毀。

檢修人員于2017年4月15日對(duì)曹莊AT所的集中接地箱數(shù)據(jù)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間采集，得到地回流占總回流的85%，據(jù)此證明了以上分析的正確性。

經(jīng)天窗點(diǎn)內(nèi)上線(xiàn)檢查發(fā)現(xiàn)，曹莊所回所扼流變壓器到集中接地箱電纜接頭處銹蝕嚴(yán)重，打磨處理后，測(cè)得所內(nèi)地回流和總回流比值恢復(fù)正常，同時(shí)對(duì)曹莊AT所網(wǎng)隔W02整組4支浪涌保護(hù)器進(jìn)行了更換。在該供電臂方向，故障點(diǎn)在曹莊AT所附近發(fā)生故障跳閘后，整改效果的有效性得到驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

京滬高鐵作為中國(guó)高鐵的標(biāo)準(zhǔn)樣板，社會(huì)影響和政治影響重大，因此在運(yùn)營(yíng)維護(hù)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題都應(yīng)該引起技術(shù)人員的高度重視，進(jìn)行系統(tǒng)的分析歸納，不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，以確保高鐵供電安全穩(wěn)定。

[1] 李群湛，賀建閩. 牽引供電系統(tǒng)分析[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2007.

[2] 李群湛，連級(jí)三，高仕斌. 高速鐵路電氣化工程[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

[3] 譚秀炳. 交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2002.

Analysis of causes is made for three tripping faults in Huayuan traction substation of Beijing-Shanghai high speed railway; by implementation of measures for improvement, it is verified that the analysis is correct.

AT power supply; Beijing-Shanghai high speed railway; analysis of tripping; suck current ratio

U226.8+1

B

1007-936X(2018)02-0094-02

2017-05-02

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.025

李 瑞.中鐵電氣化局集團(tuán)京滬高鐵維管公司天津維管段，工程師；肖世輝.中鐵電氣化局集團(tuán)京滬高鐵維管公司天津維管段，工程師。