沪宁高铁接触网跳闸故障测距异常分析

李 智



沪宁高铁接触网跳闸故障测距异常分析

李 智

对沪宁高铁变电所故标测距异常进行原因分析，指出AT供电方式下T-F短路重合闸成功时故障测距的正确方法，为高速铁路开通验收和运营管理提供参考。

高速铁路；AT供电方式；故障测距

0 引言

接触网作为高速铁路牵引供电系统的重要组成部分，其运行状态直接影响动车组的安全、稳定运行。为迅速发现并及时处理接触网断线、损伤以及绝缘部件性能下降等缺陷、故障，高速铁路牵引变电所设置了专用的故障测距装置（以下简称故测装置）以测定馈线短路点的位置。实际运营中，如果故障性质判据不当将导致故测装置测距异常，供电运维人员应予以高度重视。

1 故障概况

XX年2月8日14：31，沪宁高铁栖霞牵引所211、212DL距离一段动作跳闸，重合闸成功。故测装置判定故障性质为上行T-R故障，故标1.529 km，对应宝华山—仙林区间144#接触网支柱（线路里程K278+292）。故障报文如表1所示。

表1 沪宁高铁栖霞牵引所跳闸故障报文

3月2日09：00，沪宁高铁栖霞牵引所211、212DL再次距离一段动作跳闸，重合闸成功。故测装置判定故障性质为上行T-R故障，故标1.644 km，对应宝华山—仙林区间150#支柱（线路里程K278+407）。

接触网故障跳闸后，检修人员根据故测装置提供的故标采取了添乘动车巡视、上道检查、视频回放等多种手段多次排查故障，均未发现故障点。据了解，该区段以往跳闸的故障测距是比较准确的。

2 故障测距异常原因分析

2.1 牵引所馈线继电保护及测距原理

沪宁高铁采用全并联AT供电方式，馈线设距离保护、电流速断保护、过流保护、电流增量保护，其中距离保护为主保护，投入距离一段，保护线路全长。当接触网出现短路故障，牵引所上、下行馈线保护装置均启动并出口跳闸，接触网停电，延时1 s后AT所、分区所的馈线断路器失压保护动作，上、下行接触网解列并退出自耦变压器。牵引所馈线跳闸后断路器经延时2 s重合闸。若故障系瞬时故障，重合闸成功，AT所、分区所馈线断路器分别延时4 s、3 s检有压重合闸，恢复正常AT供电方式；若故障为永久性故障，牵引所馈线再次跳闸，重合闸失败。需要注意的是，重合闸失败断路器跳闸时，接触网上、下行已解列，且自耦变压器已退出运行，此时接触网的供电方式为直接供电。

AT供电方式接触网的故障类型主要包括T-R、F-R、T-F短路（即T线对地、AF线对地、T线对AF线短路）3种。AT供电方式接触网的阻抗特性为非线性，直接供电方式为线性，因此牵引所馈线保护装置采用线性电抗比原理测定的故标，AT供电方式下接触网跳闸重合成功时是不准确的，而重合闸失败再次跳闸时故标是准确的。

为解决馈线保护装置测距的局限性问题，引入了专门的牵引所故测装置，利用专用测距通道采集同一时刻牵引所、AT所、分区所的电气参数进行故标计算。故测装置测定故标前需判断故障性质：当牵引所、AT所、分区所吸上电流的最大值大于P×n时，判断为AT供电方式的T-R、F-R故障；当牵引所、AT所、分区所的吸上电流均小于P×n时，判断为T-F故障；当AT所、分区所的吸上电流均小于z×n时，判断为直接供电方式的短路故障。T-R、F-R故障采用吸上电流比法（对于第一AT区段故障，部分综合自动化系统采用上下行电流比法）测距；T-F故障和直接供电方式的短路故障采用线性电抗比法测距，但采用的接触网单位长度电抗值不同。沪宁高铁采用的WGB-65U微机故测装置，其T-F故障判别系数P和直接供电方式判别系数z分别取经验值0.1和0.05。栖霞牵引所馈线额定电流n为1 500 A，P×n= 150 A。

综上分析得出：（1）T-F短路故障，故测装置应采用线性电抗比法测距，吸上电流比法测距不准确。（2）T-R、F-R故障，接触网跳闸重合成功时应采用吸上电流比法测距，使用线性电抗比法测距不准确；重合闸失败跳闸时，应采用线性电抗比法测距，吸上电流比法测距不准确。

2.2 故障数据分析

2月8日栖霞牵引所跳闸时各所亭的电流分布如图1所示。分析吸上电流可以看出，牵引所的吸上电流最大，为507 A，其次为分区所的398 A，AT所的吸上电流最小，为101 A。根据AT供电方式原理，对于T-R或F-R 故障，最大的2个吸上电流应分布在短路点两侧的牵引所亭，而栖霞牵引所跳闸时最大的2个吸上电流分布在牵引所和分区所，异于T-R或F-R故障的电流分布。进一步量化分析，假设牵引所馈线T线电流流出，则下行T线短路点的牵引所方向电流为1 479-15 = 1 464 A，分区所方向电流为1 246 A，短路点的电流为1 464 + 1 246 = 2 710 A；下行F线短路点的牵引所方向电流为1 226 + 41 = 1 267 A，分区所方向电流为1 447 A，短路点的电流为1 267 + 1 447 = 2 714 A。考虑电流互感器测量误差等因素，可认为下行T线、F线点和点的短路电流相等，该故障判定可为第二AT区段的下行T-F短路。由于短路点牵引所和分区所方向的电流相近，由此还可进一步判断出故障点接近供电臂末端。

图1 栖霞牵引所跳闸时所亭电流分布（单位：A）

接触网故障跳闸后，故测装置的判据P×n是判断故障性质和决定所采用测距方法的依据。2月8日栖霞牵引所跳闸的最大吸上电流为507 A，大于P×n（150 A），且牵引所、亭馈线电流的最大值为牵引所上行T线电流1 481 A，因此故测装置判断故障性质为上行T-R故障，并且采用了吸上电流比法测距。由于采用了错误的测距方法，造成误差过大，导致检修人员无法找到故障点（3月2日跳闸的分析结果与之类似）。

因T-F短路较为少见，该区段以往故障测距较准确是针对接触网T-R或F-R短路故障而言。

3 T-F判别系数取值的优化

AT供电方式T-R、F-R故障短路电流为该供电臂各牵引所亭的吸上电流之和，短路电流主要通过短路点两侧所亭的AT变压器经正馈线回流（牵引所不设AT变压器时，牵引所的回流经钢轨和大地）。由于高速铁路牵引供电系统容量较大，且PW线和综合接地系统的贯通地线提供了良好的短路电流通路，因此短路通常为大电流金属性短路，故障点相邻所亭的吸上电流也较大。统计上海局管段内2018年一季度T-R、F-R故障的吸上电流如表2所示。设吸上电流atmax= max（变电所at，分区所at，AT所at），可以发现19件T-R、F-R故障中，atmax最大5 248 A，最小1 399 A，平均3 056 A，atmax大于1 900 A的短路故障18件，占比94.7%。

T-F短路时AT变压器被旁路，吸上电流明显小于T-R、F-R故障时的吸上电流。统计上海局管段内近年来T-F故障的吸上电流如表3所示。可以发现，12件T-F短路故障中，atmax最大959 A，最小190 A，平均523 A，atmax小于650 A的短路故障11件，占比91.7%。

表2 T-R、F-R故障吸上电流统计 A

表3 T- F故障吸上电流统计 A

对比以上数据可以发现，高速铁路AT供电方式下，判别T-R、F-R故障和T-F故障性质的吸上电流P×n整定为1 000 A左右比较合理。

4 T-F短路故障测距

对于T-F短路故障，测得牵引所短路阻抗与故障点的距离呈分段线性关系，故测装置采用线性电抗比法测距，其计算式为

=L+ (cal-X)×(+1-L) / (X+1-X)

对于T-F短路重合闸失败、测距装置采用吸上电流比法测距的故障，运维人员可通过馈线保护装置测定的故标查找故障点；对于T-F短路重合闸成功、测距装置采用吸上电流比法测距的故障，运维人员无法通过现有的继保装置获得正确故标，此时只能通过人工计算，可采用横联线电流比法测距（第一AT区段故障也可采用上下行电流比法）。

横联线电流是指全并联AT供电方式下接触网故障时，变电所、AT所和分区所的接触网上下行并联处都存在非故障线路流向故障线路的电流。类似于吸上电流比法，横联线电流比法通过计算和比较横联线电流中2个最大电流，确定故障区段和故障距离，该方法不受自耦变压器泄漏电抗及短路过渡电阻影响，适用于T-R、F-R、T-F故障测距。其计算式为

=D+D+1×I+1/ (I+1+I)

以2月8日栖霞牵引所跳闸故障为例，牵引所的横联线电流为ç(1 479 + 1 226)-(1 481 + 1 232)÷/2 = 4 A，AT所的横联线电流为½41-15½= 26 A，分区所的横联线电流为ç1 246 + 1 447÷= 2 693 A。AT所、分区所的横联线电流较大，所以故障点在第二AT区段。

全并联AT供电方式接触网某相（T相、F相或T-F）发生短路时，牵引所非故障相馈出的短路电流分量经AT所、分区所的馈线断路器流向故障点。根据基尔霍夫电流定律，非故障相牵引所、AT所、分区所的馈线电流在AT所T接点处的矢量和为0。分析栖霞牵引所跳闸时AT所上行T接点处电流，T线电流矢量和为1 481-35-1 443 = 3 A，F线电流矢量和为1 249-10-1 232 = 7 A，考虑误差因素，T、F线的电流矢量和实际均接近0，可判断故障点不在上行，而是下行接触网设备故障。

该供电臂第一AT区段（牵引所与AT所之间）长13.023 km，第二AT区段（AT所与分区所之间）长11.582 km，AT所里程K290+144，分区所里程K301+726。将数据代入计算式，计算故障距离= 13.023 + 11.582×2 693 / (2 693 + 26) = 24.494 km，对应线路里程为K301+628。

根据计算的故标排查故障点，发现沪宁高铁南京城际场145#支柱（分区所下行供电线上网隔离开关支柱，线路里程为K301+726）施工时设备安装存在缺陷：隔离开关T线隔离开关线夹与AF线母排支持绝缘子上部铁件间安全距离不足，仅为310 mm，小于户外配电装置55 kV不同相带电部分最小安全净距650 mm的标准要求，特定条件下T、F相间发生短路放电导致栖霞牵引所跳闸。实际故障点与人工计算的故标相差98 m。故障设备如图2所示。

图2 栖霞牵引所故障设备

5 结语

故障测距装置需根据不同的接触网短路故障性质采用不同的测距方法。接触网故障跳闸后运维人员应及时分析故障数据，故测装置对故障性质判断错误时，应重点检查故测装置的故障性质判别系数设置是否合理，并采用适合的测距方法，同时指导现场人员迅速查找故障点，及时消除安全隐患，以保证高速铁路牵引供电系统的安全运行。

[1] 国电南京自动化股份有限公司. WGB-65故标装置技术说明书[Z].

[2] 田锋，赵强．接触网故障点距离测量方法对比分析[J]．铁道技术监督，2016，44（2）：37-41.

[3] 中国铁路总公司. TG/GD124-2015高速铁路运行维修规则[S]. 北京：中国铁道出版社，2015.

The paper analyzes the fault location abnormality occurred in substation of Shanghai-Ningbo high speed railway, puts forward the correct methods for fault location after T-F short circuit reclosing under AT power supply mode, provides references for acceptance of putting into operation and operational management of high speed railways.

High speed railway; AT power supply mode; fault location

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.027

U226.8+1

B

1007-936X(2018)06-0107-04

2018-04-17

李 智.中国铁路上海局集团有限公司调度所，工程师。