普速鐵路接觸網(wǎng)金屬性跳閘的分析與判斷

楊 林 中國鐵路上海局集團有限公司調(diào)度所

1 故障跳閘概況

2021 年 4 月 2 日 22 時 12 分 05 秒 939 毫秒，嘉善 變電所214DL（滬昆113 單元）跳閘，距離I段動作，重合閘成功，電壓17.22 kV，電流3038 A，阻抗角64.5°，故標12.67 km。天氣，晴，微風。

2 故障跳閘原因分析

2.1 保護定值整定及動作分析

2.1.1 214DL保護定值（見表1）

表1 214DL保護定值

2.1.2 動作情況

嘉善變電所214DL 距離I 段電阻定值：22.44 Ω，電抗定值：6.36 Ω，線路阻抗特性角75°；跳閘故障電量為：電阻值：2.37 Ω，電抗值：4.98 Ω，阻抗角64.5°，滿足距離I 段保護動作條件，保護正常出口，斷路器跳閘（見圖1）。

圖1 214DL動作情況

結合故障錄波數(shù)據(jù)的分析，與故障報文基本一致，綜上所述，保護裝置動作正常。

2.2 設備巡視情況

（1）變電所巡視所內(nèi)設備無異常。

（2）供電工區(qū)巡視發(fā)現(xiàn)嘉興東站3 道059#斜腕臂絕緣子有燒傷痕跡且有遺留的異物，支柱下方有燒毀的異物殘渣（疑似氫氣球）。初步分析為氫氣球短接斜腕臂絕緣子引起跳閘。

2.3 保護裝置測距情況

裝置故標為12.67 km，實際故障點15.454 km，故標誤差2 784 m。原因分析如下：

2.3.1 查閱以往跳閘信息及故測修改信息

（1）查閱以往跳閘信息，發(fā)現(xiàn)214 饋線2010 年至今跳閘（不包含此次）13次，發(fā)現(xiàn)明顯故障點4次，如表2所示。

最近一次跳閘為2021 年1 月15 日，飛鳥短接26603 次電力機車車頂設備導致嘉善變電所214DL 跳閘，故標指示11.02 km（K102+860），飛鳥發(fā)現(xiàn)位置為嘉善至嘉興東區(qū)間下行線427#-429#之間（K105+211 處），26603 次列車停于嘉善至嘉興東區(qū)間下行線K105+459 處?？紤]列車行駛方向及制動滑行距離較長，對接觸網(wǎng)故標前后兩公里及故標至停車位置間接觸網(wǎng)巡視未發(fā)現(xiàn)明顯故障痕跡。

（2）查閱嘉善變電所以往故測修改信息，因歷史故障查找未發(fā)現(xiàn)誤差較大故障點，饋線保護裝置測距定值未進行修改。

（3）最近一次調(diào)整為2019年滬昆線綜自改造后對故障測距裝置測距定值進行了調(diào)整。

（4）2019年綜自改造測距定值修改原則：

結合歷史跳閘，按照供電線0.55 Ω/km，接觸網(wǎng)單位電抗0.4 Ω/km 整定，與上表歷史跳閘求得平均單位電抗基本一致。

表2 以往跳閘信息統(tǒng)計

2.3.2 故標與實際故障點相差較大的原因分析

（1）嘉善變電所214 饋線2010 年至今跳閘（不包含此次）13 次，發(fā)現(xiàn)明顯故障點4 次，未發(fā)現(xiàn)誤差較大故障點，因此測距定值未進行修訂。

（2）2020 年 6 月因嘉興站改造，嘉善變電所214 供電臂末端嘉興分區(qū)所退出運行，運行方式由原來復線上下行并聯(lián)運行改為單線運行，當214饋線發(fā)生故障時，原來并聯(lián)運行上下行存在互感，現(xiàn)單線運行，互感消失，同一故障點故障電量發(fā)生變化，導致測距誤差較大。

（3）分析故障錄波，如下：

故障軌跡顯示故障時電抗值在2.17 Ω～2.35 Ω（縱軸）間浮動，對應一次值4.98 Ω～5.39 Ω。

通過故障報文及錄波分析，發(fā)現(xiàn)電抗值在短時間內(nèi)變化較大，本次跳閘經(jīng)歷了暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)過程，故障電抗最終穩(wěn)定在 2.26 Ω 左右，對應一次值5.179 Ω，與故障報文 4.98 相差較大。

綜上所述，故標與實際故障點相差較大的原因為運行方式發(fā)生變化導致誤差變大，故障報文的電抗值非故障穩(wěn)定電抗值，進一步加大了誤差。

3 金屬性跳閘保護信息特征分析

3.1 保護動作類型

3.1.1 電流速斷保護

繼電保護速動性要求，保護裝置動作切除故障的時間必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和保障重要用戶供電可靠性。在各種電氣元件上，應力求裝設快速動作的繼電保護。對于僅反應電流增大瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠、動作迅速，因而獲得了廣泛的應用。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且其保護范圍受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大。

3.1.2 過電流保護

過電流保護是其啟動電流按照躲過最大負荷電流來整定的一種保護，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應于電流的增大，當電流的幅值超過最大負荷電流值時啟動。在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長。過電流保護在下級線路主保護拒動和斷路器拒動時作為遠后備保護，同時作為本線路主保護拒動時的近后備保護，也是過負荷時的保護。

3.1.3 距離保護

距離保護是反應保護安裝處至故障點的距離，并根據(jù)距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置。測量保護安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小，故有時又稱之為阻抗保護。阻抗保護裝置的主要元件是距離繼電器，它根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗，稱為該繼電器的測量阻抗。當短路點據(jù)保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長。這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。

距離保護的動作特性：阻抗繼電器的類型很多，實現(xiàn)原理也不盡相同。最常用的有全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、具有偏移特性的阻抗繼電器等。它們的起動特性在阻抗復平面上是一個圓。圓的大小根據(jù)整定值調(diào)整繼電器得到。當阻抗繼電器量測到的阻抗落在圓內(nèi)時，繼電器起動；當量測到的阻抗落在圓外時，繼電器不動。阻抗繼電器的動作特性除圓以外還有直線特性、割線特性、平行四邊形特性等。

3.2 跳閘電氣參數(shù)特征

電壓低（17 000 V 以下）電流較大（1 000 A 以上）阻抗角在700左右，可以判斷為金屬性接地故障。電壓較高（20 000 V 以上）電流較?。? 000 A 左右）阻抗角在400以下，可以判斷為過負荷（電力機車過負荷阻抗角 100～250左右）。牽引所兩個方向同行別（上行或下行）饋線同時跳閘，電壓較高（2 0000 V以上）、電流較大（2 000 A 左右）、阻抗角相差1800左右，可以判斷為電力機車帶電過分相或分相開關閉合。上下行同時跳閘，且兩個饋線跳閘報告基本一致，可判斷為上跨電力線或其它高空金屬物同時墜落在上下接觸網(wǎng)上并接地。跳閘報告中諧波含量較大且出現(xiàn)二次諧波，可判定為電力機車內(nèi)部故障。阻抗 I、II段后加速同時動作，電流較大（2 000 A 以上），可判定為接地故障。

4 改進措施

（1）認真分析跳閘報文，從中總結經(jīng)驗規(guī)律，結合線路和牽引所設備實際運行情況，完善整定值的設定，優(yōu)化繼電保護裝置。

（2）做好線路防雷工作，對雷擊故障及時查找排除。

（3）加強重點設備的巡查力度，安排線路定期巡視。組織重點設備的專項檢查活動，防患于未然。重點設備可以安排包保人，加強職工的工作積極性。

（4）強化職工教育培訓，加強職工業(yè)務能力，完善應急預案，開展針對性的應急演練，提高應急處置能力。

5 結束語

牽引供電系統(tǒng)工作人員必須鐵路接觸網(wǎng)故障跳閘高度重視，吸取以往跳閘的經(jīng)驗，紙質(zhì)好各方人員進行跳閘原因查找，多方收集信息，及時發(fā)現(xiàn)跳閘隱患，快速找到跳閘原因，迅速恢復故障設備，才能確保牽引供電設備的可靠運行，保障鐵路的運輸暢通。