通过考虑多供电分区的地铁接触网短路故障处置阐述

刘昌浩

摘 要：地铁是城市交通的重要组成部分，在地铁的稳定运行中，供电系统发挥着非常重要的作用，一旦供电系统发生了故障，将会造成严重的损失。多供电分区的接触网短路故障是一种常见的供电系统故障，本文结合具体的故障问题，分析了多供电分区的地铁接触网短路故障的原因，在此基础上指出了故障处理办法， 希望可以为相关工作人员提供技术参考。

关键词：多供电分区;地铁接触网;短路故障;故障处置

一、故障区域设备基本情况

本文中研究的地铁接触网短路故障出现在车辆段中，车辆段中的直流供电系统的供电结构见图1。

在整流器和牵引变压器的作用下，将交流电源35千伏电压转化为直流电源1500伏电压，沿着直流的进线开关201和202传递到直流母牌上。车辆段内的接触网一共包含六个分区，211到216均为直流的馈出开关（后简称开关），这些开关负责为不同分区的接触网供电。电客车从接触网中取电，电流沿着钢轨、回流电缆传递到整流器的负极。在直流供电系统中（主要指钢轨、直流開关以及整流机组），均使用绝缘安装，整套直流系统和综合接地系统构成电气绝缘。短路故障发生之前，全部开关都处在正常的状态下，第三分区的L16股道和第四分区的L23股道各自出现一辆地铁升弓运行。

在本次故障中，引发故障的直接原因是L28的开关G28合闸期间，由于接卸故障导致接地闸没能与分闸联动，致使接触网出现短路故障，短路故障出现后，烧毁了消弧棒、动静触头与灭弧栅拉弧。在本篇文章中，重点对短路的过程展开电气分析，不对G28故障原因和设备的损伤程度作过多的坠述。

故障出现后，开关215触发了电流增量保护、电流速断保护与电流变化率保护，开关213和214触发了保护动作接着出现跳闸的问题，而其他的开关未出现任何动作。因为开关213和214的波形相似度非常高，所以选择开关213和215的故障波形展开进一步的分析。

通过研究其故障波形我们发现，在-3ms的时候，L28出现了短路，导致开关215处的电流急剧上升，保护装置立刻开启了电流增量保护，在0时刻，电流为7965A，馈线电压变成1124千伏。我们在对波形分析后发现，开关动作后由于存在电弧通道，电流在增长到11526A以后，在24ms的时候，灭弧结束，电流变成0，对保护电流和时限展开分析发现符合标准值，因而保护动作是没有问题的。

开关213和215连接同一个进线母排，在L28出现短路故障之后，拉低了母线电压，在-16ms的时候，直流电压变成1027伏，形成了-2080A的电流，之后DC电压与电流都有所提高。在0时刻，电流变成3783A，电流的变化符合电流增量保护的标准，在19ms之后，灭弧结束，电流变成0。

我们调取了L16电客车的电流录波，在同一个时间节点，141的电流保护装置的采样周期是500ms，只测取单点的电流值没有办法还原整个波形，短路的原因是低压下限保护跳闸失电。结合上述分析，得出以下几点思考：第一，为什么L28短路会引起开关213和214的跳闸？其余的开关没有动作？第二，为什么开关215分闸时形成了反向的电压？第三，为什么开关213出现了反向的电流？分闸后出现超出额定标准的电压？

二、故障过程分析

在系统正常运行期间，开关213和215均处在合闸的状态下，通过分析，我们得出短路分析的等效电路示意图，如图2所示：

在图2中，R1、C1、L1代表的是对应线路的等效参数，R2、C2、L2该表的是对应线路的等效参数叠加机车LC的单元参数，D2代表的是反向电流通路，Ud代表的是整流机组的输出电压，UF1代表的是开关215输出的电压，UF2代表的是开关213输出的电压，Uc2代表的是机车出的接触网电压，Uarc是开关215的电弧压降。

在短路发生后，C1处在短路的状态下，在不计电容作用的情况下，结合KVL计算出开关215的馈出电压和Ud。G28出现短路之后，短时间内生成超过万安的短路电流i1，它主要是从整流机组出获取的短路变流，进而形成压差，导致整流机组的Ud减小。当开关215处的电压减小至800伏时，从故障录波中可以观察到明显的台阶，开关213的电压最小为852伏，据此可以分析Ud大概被拉低到850伏，致使整流机组的端口电压比开关213处的末端电压，出现反向电流导致短路故障的发生。在把开关215切除之后，Ud渐渐恢复正常，开关213的电流从负变成正，电流增量和电流变化率符合规定值，引起213的跳闸，而且受到持续电流的影响，形成了BOOST升压电路，Ud的提高量大于整流机组的空载电压，213分闸之后，电压超过标准值。

三、结语

综上所述，接触网短路会导致相邻供电分区的跳闸，甚至会扩大跳闸的范围，影响地铁车辆的正常运行，在处理此类故障时，需要详细了解其动作规律，先想办法恢复联跳线路的运营。如果联跳开关柜的电流体现出先低后高的特点，工作人员在设计开关柜的保护期间可以借助小波算法、形态学算法等展开特征识别，之后闭锁，减少故障的影响范围。

参考文献：

[1]池代臻. 考虑多供电分区的地铁接触网短路故障原理分析[J]. 电气化铁道， 2021， 32（3）：4-4.

[2]周昌， 李鋆曈. 地铁供电系统中柔性接触网常见故障和防范措施解析[J]. 工业C， 2016（1）：110-110.