高速铁路接触网故障测距的分析

钱平慎

0 引言

随着京津线、武广线、郑西线、京沪线等高速铁路的相继开通运营，国内高速铁路发展和高速铁路安全备受全社会关注。尤其是接触网一旦发生供电事故、故障，导致动车组停车，会严重干扰正常运输秩序，造成不良的社会影响。因此，实现接触网故障的精确定位，对于快速排除故障，缩短故障抢修时间，减小不良社会影响具有十分重要的意义。本文以长吉城际铁路AT 供电故障测距为例，通过对故障测距的分析，结合开通运营以来的故障测距数据，提出了关于故障测距的几点体会。

1 AT 供电方式故障测距

1.1 故障测距概况

长吉城际铁路是沈阳铁路局第一条采用AT 供电的高速城际电气化铁路，连接长春、吉林2 座城市及龙嘉机场车站。长吉城际铁路目前采用上下行独立供电。双吉—吉林城际场供电方式为直供加回流。拉拉屯分区所—长春站目前为直供加回流方式，由西营城子牵引变电所通过拉拉屯分区所所内越区供电，待哈大客运专线开通后由长春西牵引变电所供电，恢复AT 供电方式。双吉牵引变电所上网点—拉拉屯分区所分相点为AT 供电方式。供电方式不同，所采取的故障测距方法也不同。AT 供电方式故障测距采用的是中性点吸上电流法，而直供加回流方式故障测距采用的是电抗法。

长吉城际铁路在各变电所、AT 所、分区所配置了WCK-892GC 型AT 故障测距装置，基于远动通道实现数据采集，由变电所馈出线处的测距装置进行测距运算，能对牵引网故障类型（T-R、F-R、T-F）和故障方向（上下行）进行判断。

1.2 故障测距原理

变电所常用的接线方式如图1 所示。

图1 变电所常用接线方式示意图

当接触网发生故障时，牵引变电所馈线断路器及AT 所、分区所断路器跳闸，然后牵引变电所馈线断路器重合，若瞬时性故障，重合成功。AT 所、分区所断路器通过检压合闸或电调远动合闸。变电所、AT 所、分区所三处的吸上电流分别为

判断方法：首先找到各处AT 吸上电流最大值max（Iat0、Iat1、Iat2），并寻找相邻AT 吸上电流，判断吸上电流次大值处AT 位置，确定故障区段，计算吸上电流比Q = Iat(n+1)/ (Iat(n)+ Iat(n+1))，然后计算实际故障位置。

2 AT 供电方式下故障测距失效原因分析

2.1 AT 变压器未投入

由于吸上电流法需要根据牵引所及AT 所、AT分区所吸上电流的大小判断故障距离，如果AT 变压器未投入，牵引变电所无法采集吸上电流进行AT 法测距计算。

2.2 AT 所或AT 分区所通道故障

在故障发生时，AT 所或AT 分区所由于通道故障未及时将故障电流数据回传至牵引变电所，导致牵引变电所AT 故障测距装置无法根据吸上电流判断故障距离。这时故测装置给出的故障距离都是3 km。

2.3 越区供电时相邻供电臂故障

当某所越区供电至相邻所时，在邻所供电臂发生故障时，该供电臂AT 所及AT 分区所的故障电流会回传至相邻牵引变电所，而不回传至该所，导致故障测距装置无法正常工作。

2.4 接触悬挂或正馈线断线

当正馈线或接触线发生断线故障时，由于故障时的供电方式发生变化，AT 变压器因缺相而无法正常工作，导致故障时无吸上电流，此时牵引变电所内相关馈线断路器跳闸，故障测距装置仅接收到该所故障电流，而造成故障测距不准确，严重时误差可达1 个AT 间隔。如2011 年7 月5 日，长吉城际铁路西营城子牵引变电所212#断路器跳闸，故障原因是3002#开关引线断线，由于供电方式改变，实际故障距离是K32＋068，而故标给出的距离是K42＋661，相差约10 km。

2.5 参与故障测距的电流互感器发生故障

吸上电流法是根据故障时牵引变电所牵引变压器及相关馈线的AT 变压器吸上电流的大小判定故障距离，当相关电流互感器发生故障时，会导致故障测距装置无法正常工作。

2.6 故障测距装置自身故障

由于故障测距装置本身发生故障，无法进行故障测距计算，导致故障测距失效。

3 关于故障测距的几点体会

总结分析长吉城际铁路开通以来发生的各次跳闸故障测距给出的故障距离、故障类型、故障电流以及实际故障地点，对提高故障测距精度、判断故障地点、合理确定故障处理方式等方面，有如下体会。

3.1 积累数据及时修正参数

要提高故障测距精度，应在联调联试期间对所有供电臂进行起点金属性和非金属性以及末端金属性短路试验，根据实验数据，修改故障测距中设置的各项参数，提高故障测距装置的精度。在开通运营后，要注意总结积累每次跳闸后的故障测距距离、实际故障距离以及电流参数，及时修改故障测距参数，提高故障测距精度。以F 线故障为例，双吉牵引变电所211#馈线短路试验数据见表1，F 线故障测距距离与实际距离相差424 m。2011 年10月18 日，双吉牵引变电所211#断路器发生跳闸，故障类型F 线，故标距离K82＋416，实际距离K82＋243，误差只有173 m。

表1 双吉牵引变电所211#馈线F 线短路试验数据表

3.2 根据故障电流判断故障地点

对多次跳闸的数据进行分析，当故障测距装置由于各种原因造成误报（即报出无效数据）时，可以根据各牵引变电所、AT 所、分区所吸上的故障电流大小以及AT 所、分区所断路器跳闸情况，对故障区段及故障类型进行初步判定。当多次跳闸重合，且故障测距给出的电流数值及故障类型基本相同时，可以判断多次跳闸的原因一定是同一地点供电设备引起的。

以长吉城际双吉牵引变电所212#断路器2011年3 月13 日和4 月6 日发生的2 次瞬间跳闸故障为例（表2），2 次故障各种电流基本一致，根据牵引变电所和AT 所1 吸上电流，可以判断故障点在双吉牵引变电所和AT 所1 之间，且距双吉牵引变电所较近。最后经检查，故障点在K93＋660，是由于该处正馈线与保护线弛度不合适，在大风天气时摆动，绝缘距离不足导致放电引起跳闸，故障点距离双吉牵引变电所只有1 400 m。

表2 双吉牵引变电所212#断路器跳闸数据表 单位：A

3.3 结合故障录波判断故障类型

有时故障测距装置给出的故障数据及故障类型与实际故障原因并不相符，需要结合故障录波曲线进行分析判断。如2012 年4 月10 日，双吉牵引变电所212#断路器发生跳闸，自动重合成功，故障测距装置给出的故障类型为TF 型。通过查看牵引变电所WGL-800 波形分析系统，双吉牵引变电所212#馈线故障波形如图2 所示。故障发生时，只有F 线电流增大，T 线电流没有变化，大约0.02 s 后T 线电流才开始增大。因此，从波形上分析，该次跳闸应是F 线短路引起。通过故障查找最终证实，该起故障是异物搭接导致F 线短路，弧光又将F线与T 线短接，造成TF 线故障。

图2 212#馈线故障波形图

3.4 故障测距的重召

当测距装置在故障发生后，若判定某一所通道故障时，会发出自动重召命令，对故障后的数据进行重召，此时，若通道恢复，则给出新的故障测距数据，可能与上一次给出的数据不同，故障查找时，应以重召给出的故障距离为准。

3.5 F 线故障

当牵引变电所发生跳闸故障，如重合闸不成功，且故障测距装置给出的故障类型为F 型，可以将该供电臂F 线切除，退出AT 变压器，变为直供方式，恢复列车正常运行。根据长吉城际列车运行图，当牵引变电所采用直供方式后，末端网压仍然不低于26 kV，完全能够满足动车运行需要。

3.6 AT 测距法失效采用阻抗法测距

AT 供电方式正常采用吸上电流法进行故障测距，但通过实际运行和前面的分析，许多情况下AT 测距法失效，尤其是当正馈线或接触线发生断线故障时，AT 故障测距失效，故标距离与实际距离相差太大，影响故障查找和抢修。因此，必须在AT 测距法失效的情况下，投入阻抗法测距。

牵引变电所、AT 所、分区所各个特殊点发生故障，该点吸上电流远远大于其余地点的吸上电流，且在AT 所及AT 分区所附近短路时，由于该处离AT 变压器较近，由该AT 变压器吸上电流经T 线和F 线返回牵引变电所，此时T 线与F 线吸上电流占故障电流的比例较大，且大小基本相同，故在牵引变电所报出的故障类型多为未知或TF 型，此时，只有将该所的吸上电流综合考虑，才能判定具体故障类型。

4 结束语

本文结合长吉城际铁路供电设备运行情况，对AT 供电方式故障测距进行了分析，对提高故障测距精度和故障查找的一些体会进行了阐述。提高故障测距精度，必须在运行过程中，不断积累故障数据，不断对故障测距装置进行修正，并在实际故障查找过程中不断积累经验。

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