合福高铁牵引所两起跳闸故障分析

王志伟，孙雅茹



合福高铁牵引所两起跳闸故障分析

王志伟，孙雅茹

基于合福高铁供电方式和故障测距原理，分析合福高铁下罗村牵引所2起跳闸故障测距存在的问题，并提出整改建议。

AT供电；吸上电流比；故障测距

0 引言

2018年3月4日，合福高铁下罗村牵引所2路馈出合福822供电单元和合福819供电单元发生跳闸故障，822供电单元故障故标误差114 m，819供电单元故障报文所给故障类型和方向错误。为方便快速判断故障类型和方向，缩短故障排查时间，通过对高铁测距原理和故障报文进行分析，总结高铁AT供电方式下牵引网故障类型和方向的判断方法，分析吸上电流比原理测距存在的问题，并提出整改建议。

1 高铁故障测距系统原理

1.1 AT供电方式的电路拓扑

目前，高速铁路大多采用AT供电方式，一个牵引所同时为上下行线路供电，中间设有AT所，末端设有分区所。AT所和分区所全并联供电，AT变压器各投入1台。该方式由接触网、钢轨、正馈线和AT变压器组成供电回路，在接触网和正馈线之间每隔10～15 km并联接入1台AT变压器，其中性点与钢轨连接。AT供电电路拓扑如图1所示。

图1 AT供电拓扑结构

AT供电方式下电流回流方式为绝大部分牵引电流（或短路电流）被两侧AT变吸上，经贯通地线（钢轨、PW线、贯通地线每隔1 500 m横向电连接）流回牵引所，另有小部分杂散电流通过大地流回牵引所（图2）。

图2 AT供电电流回流方式

1.2 吸上电流比测距原理

全并联运行时利用“AT中性点吸上电流比”原理测量T-R、F-R故障距离，全并联运行时故障测距系统如图3所示。

图3 全并联运行时故障测距系统

当牵引网某点发生故障时，牵引所的故障测距装置检测出故障并发出启动信号，同时通过通讯网络向该侧供电臂内所有AT及分区所内的故障测距装置发出总召唤令，要求AT及分区所的故障测距装置根据此刻采集的数据计算出有效值，上传给牵引所故标装置。各所装置可以进行时间同步补偿，继而完成故障距离的计算，根据计算结果便可判断牵引网故障类型（T-F、T-R、F-R）和方向（上行、下行）。T-R、F-R短路故障时测距公式为

式中，为故障点距牵引所的距离；L为牵引所距第个AT所的距离；D为第个AT所与第+1个AT所之间的距离；I，I+1分别为第个与第+1个AT中性点的吸上线电流；Q，Q+1为整定值，与AT所间距离大小、钢轨漏抗、AT漏抗、馈线长短、钢轨连接导电情况等有关，通常取经验值5～10；K，K+1为电流分布系数，其范围可根据站场情况调整，标准区间线路取1.0。

2 跳闸故障分析

2.1 合福822供电单元故障报文分析

2018年3月4日18：27：01，雷雨天气，合福高铁下罗村牵引所合福822供电单元发生跳闸故障，故障报文如表1所示。

表1 合福822供电单元故障报文

2.1.1 故障类型分析

对故障报文中电流进行回流分析（图4），发现以下问题：

（1）变电所上行T线电流2 439 A ≈764 A + 763 A + 904 A = 2 431 A；

（2）分区所吸上电流508 A≈100 A + 128 A + 125 A + 153 A = 506 A；

（3）AT所上行T线电流2 252 A≈995 A + 626 A + 633 A = 2 254 A；

（4）100 ms后， 214馈线保护装置T线电流为2 445 A，大于保护定值，阻抗保护动作，阻抗角为66.40°。

图4 故障电流回流情况（单位：A）

子所1（邱家巷AT所）的上行T线电流2 252.78 A，为最大T线电流且约等于上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流之和（2 254 A），且变电所（下罗村牵引所）上行T线电流为2 439 A，可判断为上行T-R故障，且故障区段在牵引所与AT所之间，线路阻抗角为66.40°，为典型的瞬时金属性接地故障，即雷击造成绝缘子闪络。

2.1.2 测距分析

查询测距装置定值，1为14.454 km，1、2为8，K和K+1均为1，下罗村牵引所公里标为K1027+268，电缆和供电线修正距离为1.823 km，依据吸上电流比法测距公式得

= 8.62 km

距离修正后，故障测距= 8.62 + 1.823 = 10.443 km

2.1.3 与实际故标点的比较分析

故标点位于长临河—巢湖东合福场区间534#平棒瓷绝缘子处，故标对照表10.304 km，误差139 m。所给报文故标为10.19 km，误差114 m。该起故障采用吸上电流故障测距算法，误差较小，可有效指导故障点的查找。

2.1.4 吸上电流比测距分析方法

（1）故障区段判别：对变电所AT总吸上电流、AT所总吸上电流、分区所总吸上电流进行比较，故障在2个最大AT总吸上电流所之间，非故障区段因牵引网阻抗的存在，每个AT变压器均存在回流。

（2）根据TF间电流判断故障方向，故障电流约等于同一AT所另外3个方向T、F电流之和。当TF1＞TF2时，可判为下行故障；当TF1＜TF2时，可判为上行故障。根据馈线电流判断故障类型，当T＞F时，可判为T型故障；当T＜F时，可判为F型故障。

（3）金属性接地故障短路阻抗角（约65°）与负荷阻抗角（18.2°）相差较大，利于构成保护。

2.2 合福819供电单元故障报文分析

2018年3月4日19：42：53，雷雨天气，合福高铁下罗村牵引所合福819供电单元发生跳闸故障，故障报文如表2所示。

表2 合福819供电单元故障报文

2.2.1 故障区段判断

故障报文中电流回流情况如图5所示。经分析，发现以下问题：

（1）变电所上行T线电流2 380 A，下行T线电流1 912 A，下行F线电流最大，为2 846 A，均超过保护定值，故障原因初步分析为雷击形成多点接地短路，造成测距结果不准确；

（2）分区所吸上电流52 A≈13 A + 12 A + 12 A + 13 A = 50 A；

（3）AT所吸上电流200 A≈67 A + 58 A + 33 A + 42 A = 200 A；

（4）100 ms后，211馈线保护装置F线电流为2 745 A，大于保护定值，阻抗保护动作，阻抗角32.6°；212馈线保护装置T线电流6 030 A，大于保护定值，阻抗保护动作，阻抗角65°。

变电所（下罗村牵引所）总吸上电流为1 215 A，子所1（东大圩AT所）总吸上电流为200.43 A，子所2（合肥南2#分区所）总吸上电流为52.03 A，判断故障区段为变电所附近，且212馈线故障位于变电所至分相之间，经供电工区人员对211馈线供电臂范围内的接触网支柱逐一登杆检查T线、F线绝缘子，未发现故障点。

图5 故障电流回流情况（单位：A）

2.2.2 故障类型和方向判断

212馈出TF电流6 405.00 A大于211馈出TF电流2 700 A，可判断为上行故障；212馈出T线电流6 030 A大于212馈出F线电流390 A，可判断为T线故障。211馈出阻抗角为32.6°，212馈出阻抗角为65.00°，212馈出故障属于典型的金属性接地故障。综合判断，该故障类型为上行T-R故障，即合福820供电单元T-R故障。

2.2.3 故障测距分析

故障区段位于变电所与分相之间，吸上电流比测距原理不适用于该情况。此时应采用线性电抗法进行测距，通过计算接触网的电抗值接除以接触网的单位电抗单，得出接触网发生故障的距离故，即故=接/单。因合福820供电单元电缆直接上网，电缆长度80 m，电缆供电线单位电抗为0.031 6W/km，折合电抗为0.002 5W，可忽略不计。查询定值表，下罗村牵引所合肥南2#上行接触网单位电抗（T线）理论计算值为0.346 4W，查询报文合福820供电单元TR一次电抗为0.22W，= 0.22 / 0.346 4 = 0.635 km，对应公里标为1027+920。

2.2.4 与实际故标点的比较分析

故标点在长临河—巢湖东合福场区间130#平棒瓷绝缘子处，对应公里标为1027+808，电抗法计算误差112 m。

故障报文所给故障类型和方向错误，使用吸上电流比计算故标为0.44 km，对应公里标为1026+930，故标误差878 m，无法有效指导故障点查找。

3 总结和建议

该次合福820供电单元雷击跳闸电流较大且发生在变电所与分相之间，在以往的跳闸事件中极少出现，缺乏相关经验。6 030 A的雷击电流和断路器断开瞬间的电弧对一次设备、保护装置、测距装置造成冲击，导致测距装置测距结果不准确。为此，提出如下几点建议：

（1）变电所馈线T接馈出2个方向，即AT所方向及分相方向，测距装置和保护装置无法判别电流方向，可能造成故障报文所给故障类型、方向、故标错误，当跳闸故障报文中故障点在变电所附近，故标小于1 km时，技术人员应根据故障报文和现场实际情况，综合判断故障类型和方向。

（2）针对故障测距装置和保护装置无法判别变电所馈线的电流方向，导致故障报文信息错误的情况，建议在变电所至分相的馈线出口处加装故障指示器，作为吸上电流比原理测距的补充判据，以达到快速判定接触网故障类型和区段的目的。

（3）在AT供电方式下，由于某些原因各所AT变压器解列转为直接供电方式时，吸上电流比测距将不再适用。此时，若发生接触网跳闸故障，应结合故障现象、设备结构特点、现场运行情况，并充分利用故障报文信息，以实现故障的快速分析和查找定位，缩短接触网故障查找、处理时间，减小对铁路运输的影响。

[1] 李群湛，贺建闽. 牵引供电系统分析（第二版）[M]. 成都：西南交大出版社，2010：12-45.

[2] 付振民. 萧山2#牵引变电所杭州东方向故障测距分析[J]. 上海铁道科技，2014（4）：52-53.

On the basis of power supply mode and fault location principles for Hefei-Fuzhou high speed railway, the paper analyzes the existed problems in fault location for two cases of tripping faults at Xialuocun traction substation of Hefei-Fuzhou high speed railway, and the proposals for modification are put forward accordingly.

AT power supply mode; suck current ratio; fault location

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.028

U226.7

B

1007-936X(2018)06-0111-04

2018-04-22

王志伟.中国铁路上海局集团公司合肥供电段，助理工程师；

孙雅茹.中国铁路上海局集团公司上海通信段，助理工程师。