高速鐵路接觸網(wǎng)單供電臂跳閘原因分析及對(duì)策

趙玉乾 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

高速鐵路通常采用全并聯(lián)AT供電方式，在故障發(fā)生時(shí)，上、下行饋線斷路器保護(hù)裝置均發(fā)生保護(hù)出口跳閘，當(dāng)故障為瞬時(shí)性故障時(shí)，上下行饋線斷路器跳閘后均重合閘成功；當(dāng)上（下）行故障為永久性故障時(shí)，跳閘后下（上）行供電臂重合閘成功，上（下）行供電臂重合閘失敗。在特殊情況下，發(fā)生單供電臂跳閘，給接觸網(wǎng)維修人員故障判斷和應(yīng)急處置帶來很大干擾，因此分析單供電臂跳閘原因并制定相應(yīng)措施，對(duì)提高故障應(yīng)急處置效率，保證牽引供電安全可靠運(yùn)行有著重要的意義。

1 故障概況

**年11月21日9：53，京滬高鐵南京南牽引所212DL（南京南京滬場(chǎng)至揚(yáng)州線路所上行）電流速斷跳閘，重合閘成功，南京南牽引所211DL（南京南京滬場(chǎng)～揚(yáng)州線路所下行）保護(hù)未動(dòng)作，故障報(bào)文見表1。

接觸網(wǎng)跳閘后，搶修人員通過添乘動(dòng)車組、線下巡視均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

表1 南京南牽引所212DL跳閘故障報(bào)文

2 原因分析

2.1 全并聯(lián)AT供電方式保護(hù)原理

全并聯(lián)AT供電方式，牽引變電所饋線通常設(shè)置距離保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)和電流增量保護(hù)，其中距離保護(hù)（阻抗I段）為主保護(hù)，保護(hù)供電臂全長(zhǎng)；AT所、分區(qū)所饋線設(shè)置失壓保護(hù)。

通常故障發(fā)生時(shí)，若系瞬時(shí)性故障，保護(hù)動(dòng)作時(shí)序如下：牽引所上、下行饋線保護(hù)阻抗I段延時(shí)0.1 s跳閘，1.1 s后AT所、分區(qū)所斷路器失壓跳閘，2.1 s后牽引所饋線重合閘動(dòng)作，3.1 s后分區(qū)所斷路器檢有壓重合，4.1 s后AT所斷路器檢有壓重合，恢復(fù)正常供電。若系上（下）行永久性故障時(shí)，跳閘后下（上）行供電臂重合閘成功，上（下）行供電臂重合閘失敗，此時(shí)AT所、分區(qū)所解列運(yùn)行，由全并聯(lián)AT供電改為直接供電方式。

根據(jù)保護(hù)原理，在上（下）行發(fā)生單供電臂跳閘后，線路由并聯(lián)的下（上）行供電臂供電，電流燃弧未熄滅，在達(dá)到保護(hù)定值時(shí)，下（上）行饋線斷路器也應(yīng)該發(fā)生跳閘。

2.2 保護(hù)動(dòng)作分析

南京南牽引變電所211DL、212DL饋線保護(hù)裝置速斷定值為3 000 A，時(shí)限60 ms，阻抗Ⅰ段時(shí)限100 ms，過流定值為2 750 A，時(shí)限 600 ms。

圖1 212DL饋線保護(hù)延時(shí)70 ms時(shí)錄波

結(jié)合表1、圖1所示，在故障發(fā)生時(shí)，212DL饋線電流為4969.23 A，超過保護(hù)定值3 000 A，212DL電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，此刻線路由211DL提供電流，電流燃弧未熄滅，直到保護(hù)延時(shí)70 ms時(shí)，線路上短路故障消除（錄波如圖1所示）。211DL雖然達(dá)到阻抗Ⅰ段動(dòng)作值，但由于未達(dá)到阻抗Ⅰ段100 ms的時(shí)限而返回，因此保護(hù)裝置只有211DL保護(hù)啟動(dòng)記錄，并沒有出口動(dòng)作。

2.3 故障數(shù)據(jù)分析

南京南牽引所212DL跳閘時(shí)，牽引所、AT所、分區(qū)所電流分布如圖2所示。根據(jù)故障測(cè)距原理，最大兩個(gè)電流所在AT段即為故障點(diǎn)所在區(qū)段。通過比較牽引所、AT所、分區(qū)所的吸上電流，判斷故障點(diǎn)在第一區(qū)段上行。

圖2 故障電流分布圖

結(jié)合圖2故障電流分布所示，可以看出牽引所、AT所、分區(qū)所電流分布均衡，排除了所亭接線錯(cuò)誤可能性。

按照吸上電流比測(cè)距原理計(jì)算故障點(diǎn)距離：

故此，確認(rèn)故障點(diǎn)在第一AT區(qū)段，驗(yàn)證了之前的判斷。

確定故障區(qū)段后，調(diào)取視頻發(fā)現(xiàn)，在故障發(fā)生時(shí)，故障點(diǎn)附近G1232次動(dòng)車組車頂有放電現(xiàn)象，待動(dòng)車組進(jìn)庫檢查后確認(rèn)系動(dòng)車組主變壓器一次側(cè)設(shè)備故障引起跳閘。

根據(jù)現(xiàn)有動(dòng)車組運(yùn)行條件下，動(dòng)車組發(fā)生故障時(shí)，動(dòng)車組主斷路器會(huì)自動(dòng)分閘，由于接觸網(wǎng)饋線阻抗Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.1 s，動(dòng)車組故障切除時(shí)間與饋線保護(hù)時(shí)限接近，導(dǎo)致饋線保護(hù)動(dòng)作跳閘。在切除動(dòng)車組故障后，非故障饋線在故障發(fā)生2.1 s后啟動(dòng)重合閘，而另一行饋線由于遠(yuǎn)端阻抗較大，電流未達(dá)到保護(hù)值，且故障切除時(shí)間短，從而引起單供電臂跳閘。

相同的情況還發(fā)生在金溫線。

**年4月23日20：05，金溫線青田牽引所213DL阻抗Ⅰ段跳閘，重合閘成功，故障距離2.77 km，公里標(biāo)K147+545。接觸網(wǎng)運(yùn)行人員在添乘動(dòng)車組和線下巡視未發(fā)現(xiàn)異常后，調(diào)取綜合視頻，發(fā)現(xiàn)跳閘時(shí)九華山隧道口附近有放電現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)G7623次列車正通過公里標(biāo)K147+987附近。

后續(xù)追蹤該車輛信息，確認(rèn)是動(dòng)車組主變壓器一次側(cè)大A端子故障引起跳閘（再結(jié)合4月24日杭甬高鐵673、674單元以及4月26日徐州東動(dòng)車存車場(chǎng)03單元跳閘檢查結(jié)果，確認(rèn)系同一輛動(dòng)車組CRH380CL-5622）。

根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，除動(dòng)車組運(yùn)行至牽引所近端附近發(fā)生故障引起單供電臂跳閘外，還有過負(fù)荷原因也會(huì)引起單供電臂跳閘。在過負(fù)荷情況下，近端供電臂饋線電流率先達(dá)到保護(hù)定值而發(fā)生跳閘，并聯(lián)的遠(yuǎn)端供電臂因線路阻抗較大，電流值未達(dá)到保護(hù)定值而未發(fā)生動(dòng)作。在近端饋線跳閘后，由并聯(lián)的遠(yuǎn)端饋線提供電流，隨著動(dòng)車組運(yùn)行前進(jìn)，或者由于下坡加速等原因，并聯(lián)的遠(yuǎn)端饋線電流達(dá)到保護(hù)定值，會(huì)發(fā)生上下行供電臂先后跳閘情況。

結(jié)合多年的經(jīng)驗(yàn)積累，已總結(jié)出比較可靠的判斷方法，用以指導(dǎo)過負(fù)荷跳閘快速判斷和處置。根據(jù)《中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司高速鐵路接觸網(wǎng)故障搶修實(shí)施細(xì)則》（上鐵供〔2018〕116號(hào)文）得出過負(fù)荷判斷條件如下：

（1）發(fā)生T-R故障；

（2）電壓20kV以上或合成電壓40 kV以上；

（3）T、F合成電流值在饋線過流保護(hù)定值左右（過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)電流不小于保護(hù)整定值，阻抗保護(hù)動(dòng)作時(shí)電流一般在過流保護(hù)整定值±100 A左右）；

（4）阻抗角在20度以內(nèi)；

（5）供電臂內(nèi)有動(dòng)車組運(yùn)行。

3 對(duì)策

（1）在發(fā)生單臂跳閘后，首先根據(jù)故障報(bào)告信息判斷故障類型、地點(diǎn),按照?qǐng)D3所示流程圖處置。

（2）對(duì)于經(jīng)常性過負(fù)荷線路，可以聯(lián)系運(yùn)輸部門，重新核對(duì)運(yùn)輸能力，合理設(shè)計(jì)列車運(yùn)行間隙，必要時(shí)修改保護(hù)定值，或?qū)屑~地區(qū)牽引變壓器、供電設(shè)備進(jìn)行增容升級(jí)改造。

（3）針對(duì)動(dòng)車組故障，積極與動(dòng)車段建立共享機(jī)制，可以結(jié)合6C系統(tǒng)和車載無線研發(fā)故障實(shí)時(shí)報(bào)告系統(tǒng)，做到故障追蹤及時(shí)準(zhǔn)確。

（4）針對(duì)故障車型，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行全面排查，處理隱患缺陷。

圖3 單供電臂跳閘處置流程

4 結(jié)束語

在現(xiàn)有全并聯(lián)AT供電方式繼電保護(hù)條件下，接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，牽引所上、下行饋線斷路器均會(huì)動(dòng)作跳閘。而在特別情況下發(fā)生的單供電臂跳閘，給供電安全可靠性帶來很大影響。本文針對(duì)單供電臂跳閘原因進(jìn)行了分析研究，總結(jié)出引起單供電臂跳閘的幾種可能原因，制定相應(yīng)對(duì)策，為單供電臂跳閘進(jìn)行故障判斷和處置提供參考，提高故障判斷和應(yīng)急處置效率。