高速铁路接触网短路试验结果分析与改进措施

赵朝蓬 上海铁路局供电处

高速铁路在系统联调联试中至少需选取一个供电臂按照设计的运行方式进行接触网短路试验，以验证变电所综合自动化系统继电保护动作的正确性、馈线故障测距装置的精准度、SCADA系统信息传输的正确性。同时，对通信信号系统电磁兼容、综合接地系统的技术性能与指标等进行验证与评价。短路试验组织复杂，涉及到供电、信号、通信、工务、运输、调度等多部门协同工作，试验数据十分珍贵。本文对供电专业的相关内容及试验结果分析工作进行介绍：

1 短路试验的主要测试内容

我局高铁短路试验一般选取一个供电臂的第一、第二AT段的特定处所各进行一次T、F线对地短路试验，测试牵引变电所、AT分区所、AT所接触网短路电压、电流参数，并记录波形。现场通过真空断路器合闸短路的方式可验证馈线重合闸及直供方式下的故障测距情况，通过SCADA系统功能测试可验证"三遥"功能。

2 试验结果的信息收集与分析

每一次短路测试后，及时利用综自系统，提取变电所、AT所、分区所保护动作名称、动作时间、接触网短路电压、电流参数及波形、故障点标定装置数据，收集调度端SCADA系统信息、现场各专业设备检查信息等。试验牵头单位组织进行现场初步分析，对异常情况组织专题分析，直到排除隐患。

3 短路试验异常结果的分析与改进

故障测距装置数据误差分析与改进。分析直供、AT供电方式下的正负误差数值，通过调整参数，以提高测量精准度。

（1）直供方式下故障测距装置误差分析。直供测距数据包含馈线保护装置的故障测距模块、故障测距装置两种，均是按设计定值整定，如XX高铁的关键参数-单位电抗一次值：T线第一段0.309 Ω/km，T 线第二段 0.302 Ω/km ，F线 第 二 段 0.467 Ω/km，F 线 第 二 段0.453 Ω/km，架空供电线 0.359 Ω/km。TR短路试验时，直供测距误差为400 m，通过算式计算，将单位电抗由原先的0.309调为0.294，即可大幅缩小误差。一般而言，根据直供方式下电抗与距离呈现的线性关系，对单位电抗做适当的调整，测距误差可控制在100 m之内。

（2）AT供电方式下故障测距装置误差分析。AT故障测距较复杂，目前国内主流厂家的原理相同，但算式有小差异，如图1、表1为宁杭高铁一次短路试验的故障测距装置电流分配图表及误差。

图1 宁杭高铁故障测距装置电流分配图

（3）影响AT方式测距误差的因素分析。某厂家的“AT中性点吸上电流比原理”测距公式如下：

根据公式可把影响故障测距误差的因数分为两类，一是需实际采集的数据IGn、IGn＋1，取决于同一供电臂上多台故障测距装置数据采集的同步性及准确性；二是需整定的参数，包括 Ln、Dn、Qn、Qn＋1、Kn、Kn＋1，取决于现场实际参数及经验数据。

AT全并联供电方式较复杂，国内故障测距技术起步虽晚但已趋于成熟，只要做好分段计算单位电抗等基础工作，通过短路试验及运行中的实际数据不断修正Q值、K系数，测量误差会越来越小，可缩小到1km以内，最小的可达几十米。

4 报警信号异常分析

此类异常一般是综自系统、SCADA系统通道的问题，如某处通道中断，造成信息无法上传，综自系统未发出信号，或某设备因通信规约等问题未能传送等，结合系统原理图与故障现象，对现场设备进行检查检测，分段检测电评信号，通过逻辑分析、推理即可发现问题。

5 馈线继电保护异常动作分析（包含3个案例）

（1）案例1：合蚌高铁短路试验中，在分区所附近的F线对地短路时，变电所综自系统报文中出现T线电流比F线大（在T线对地短路时，综自系统中又出现F线电流比T线大）的问题。

初步推测是T/F线的二次线接反，经检查确是分区所GIS柜内T线、F线的电流互感器二次接线接反了。接线整改后，保护动作正常。

（2）案例2：合蚌高铁短路试验中，接触网短路时引起与牵引变电所合建的刘府10 kV配电所贯通线馈线过电流保护跳闸的问题。

经深入检测分析，跳闸原因：一是电力电缆两端的铠装层均直接接地，在接触网短路或动车组取流时牵引变电所地回流大，电缆铠装层有较大电流流过；二是常赛10 kVGIS的电缆及其铠装层穿过电流互感器时铠装层接地的小电缆未一起穿过，使得在电缆钢铠和接地线上的电流在电流互感器处不能互相抵消，感应电流达到了过流动作整定值。

整改措施：一是电缆一端接护层保护器，避免电缆铠装层直接形成电流通道，二是将铠装层接地的小电缆反方向穿过电流互感器，使得在护层保护器击穿情况下时两者电流互相抵消，不会造成误动作。

（3）案例3：宁杭高铁短路试验中，靠近分区所的F线对地短路时，出现主保护－距离保护未跳闸而出现后备保护－高阻保护跳闸的问题。经检查是保护整定值范围设定有问题，需要进行调整。

从现场采集的波形来看，确实是高阻Ⅰ段动作的，波形如下：

图2 宁杭高铁某次短路试验综合波形

将上述波形分解成3个部分来看：

一阶段，213、214 同时跳闸，213 和214的T线和F线电流几乎是重合的，在故障发生后的8个半周波，故障电流切除。

图3 宁杭高铁某次短路试验分解波形之一

二阶段，电压恢复，2s后保护重合闸启动。

三阶段，重合闸在永久故障上，214再次跳闸，F线故障电流维持了29个周波，580 ms，馈线的高阻I段跳闸的（时间定值为500 ms）。

图4 宁杭高铁某次短路试验分解波形之二

阻抗保护未动作的原因分析：虽然214动作报告中的阻抗值在定值范围内，但是由于阻抗时间定值为100 ms，从装置中的保护启动和返回报告来看，在高阻保护启动到高阻保护出口的这段时间内，214所测得的阻抗值在阻抗整定值的边界频繁波动，导致阻抗保护未能满足出口条件，所以阻抗保护未能动作。

根据上述分析情况，对阻抗保护的整定值进行调整，即适当扩大保护范围，调整后运行中保护跳闸正常。

6 结束语

通过对试验情况的常规分析，特别是对异常数据的深度挖掘，可以排查故障、指导系统设计及厂家调试等，为安全可靠运行打下坚实基础，真正实现短路试验宝贵数据的价值。