高速铁路AT供电方式故障测距异常分析处理

李彦吉，卢兴丽，王航臣

(1 北京铁路局 石家庄供电段，河北石家庄050000; 2 长沙理工大学，湖南长沙410114)

铁路供电技术

高速铁路AT供电方式故障测距异常分析处理

李彦吉1，卢兴丽1，王航臣2

(1 北京铁路局 石家庄供电段，河北石家庄050000; 2 长沙理工大学，湖南长沙410114)

对京广高速铁路牵引变电所2次跳闸时电流方向、大小进行了分析，发现与理论值有较大的差别，通过现场故障点的确认，提出了判别故测装置异常和特殊情况下确定接触网故障点的可行性方案。

高速铁路;故障测距;电流大小;电流角度

接触网线路故障可分为瞬时故障和永久故障。瞬时故障通过重合闸可恢复供电，但故障点往往是薄弱点，需要尽快找到加以处理，以免二次故障而危及供电系统的安全稳定运行，而且，很多人为或瞬时的故障往往在故障后事故痕迹消失，无法重现故障情况;当永久故障时，则需迅速查明故障并及时排除，排除时间的长短直接影响到供电系统送电保障和运输安全。排除时间越长，则停电所造成的损失越大。因此，牵引变电所故障测距，不仅对及时修复线路和保证可靠供电至关重要，而且对铁路运输安全和经济运行都有十分重要的作用［1］。

为了适应高速铁路接触网电压质量和供电能力等方面的需求，客运专线及重载线路的牵引供电系统均采用了AT方式，由于自耦变压器的存在，线路中的电抗不再呈线性分布，且在高速铁路模式中上下行AT采用全并联方式，测距方式更为复杂。以京广高速铁路石家庄—安阳段为例，在牵引变电所和相应的AT所、分区所内设置了同步采集的吸上电流比原理专用AT故障测距装置，在馈线测控装置中设置了可分段的电抗原理测距装置。

1 故障概况

因为吸上电流比测距装置采集的数据丰富 ，配合AT所、分区所T、F线电流大小和方向，可以做到故障的准确分析判断，但运行中由于接线错误、接触网故障的特殊性，导致故障点的定位出现了一些偏差。

1.1 分区所F线电流远大于理论值、相位偏差180°

(1)故障概况

2014年4月某天，高邑西变电所211，212断路器跳闸，重合成功。石家庄方向故障测距装置判别为下行TR故障，故障距离16.50 km，电流的大小和相位如表1。

表1 高邑西变电所跳闸报告

(2)存在问题

根据表1绘制出跳闸时各支路电流示意图1，图中所示电流方向为故障发生时刻的理论值。此次跳闸中

Ik为牵引变电所馈出电流，Iat为AT变吸上电流，计算误差设定为±5%或±50 A)，表明数据同步且有效。但是对于北白楼分区所来说，按图1所示方向，上下行F线电流和应与吸上电流的一半相等、但实际上462+1 823≠1 877/2，理论上此时下行F线电流应为477 A左右;下行T线、上下行F线电流方向及相位应该一致，但下行F线相位为119°、与理论值相差180°。

图1 第2区间T-R短路电流关系示意图

1.2 支路电流代数和不为0，相位异常

(1)故障概况

2013年7月某日，雷雨天气邯郸东变电所213、214断路器跳闸，重合成功。郑州方向故障测距装置判别为下行F-R故障，故障距离8.78 km，电流的大小和相位如表2。

(2)存在问题

根据表2绘制出跳闸时各支路电流示意图2，图中所示电流方向为故障发生时刻的理论值。此次跳闸中∑Ik=∑Iat，表明数据同步且有效。但是对于没有故障的上行F线来说，按图示方向，崔曲AT所F线电流应该等于邯郸东变电所上行F线电流与温村分区所F线电流的和，但实际上685≠3 904+113;崔曲AT所上行T线、F线电流方向应该相反，但实际测量结果基本同相位。

表2 邯郸东变电所跳闸报告

2 原因分析

上述2起跳闸不论电流的方向(角度)还是支路电流的数值，均与理论值出现了差别，针对这2起跳闸，进行了现场的设备检查。

图2 第1区间F-R短路电流关系示意图

2.1 电流互感器二次F、N接反

针对北白楼分区所F线电流远大于理论值、相位偏差180°问题，现场从电流互感器一次侧至故测装置交流变换元件间进行了整个儿模拟量回路的极性校验，发现GIS柜出厂时将F431与N221接反。

图3为故障标示回路正常的二次原理图。从图1中可以看出，在第2区间发生T-R短路时，T、F线电流方向相同，也就是说图3中N线电流等于T线、F线的电流和。当F431与N221接反时，故障标示装置F线实际测量的为一次侧T、F线的电流和。按本次跳闸实际采集的数值、跳闸时F线电流应为1 823－1 362= 461，AT变吸上电流的一半1 877/2=938.5与上下行F线的电流和461+462=923相近，这样电流关系基本平衡。

引起本次跳闸的故障点位于延康AT所附近，因T线电流较大、跳闸时故障类型判别正确;如果故障点靠近北白楼分区所，因为T线、F线电流方向一致，此时错接于故障标示装置F线的合成电流将会大于T线电流、会错误指示下行F-R故障。

图3 北白楼分区所故障标示交流回路原理图

2.2 F线多点故障

2013年7月某日邯郸东变电所出现1.2的不正常跳闸后，后来邯郸东变电所213、214再次出现了F-R故障跳闸，而跳闸时崔曲AT所、温村分区所电流的大小与方向完全与理论值一致。出现了与7月某日完全不同的数据，排除了故障测距设备测量异常的可能。

某日的跳闸，经巡视检查发现，邯郸东—安阳东区间0053#AF线下锚绝缘子北京侧接地端第1片有烧伤痕迹;0251#处地面有1只被电死的鸟。绝缘子烧伤处距离邯郸东变电所3.39 km，AT测距指示距离8.78 km，绝对误差5.17 km，相对误差152%;死鸟位置在邯郸东—安阳东区间0251#，距离邯郸东变电所8.18 km，与故障标示位置接近。

该起跳闸的主要原因应为大气过电压引起多处绝缘子闪络和飞鸟引起的短路。按照此假设，若如此时伴有上行F-R故障，将有2个回路的短路电流，上行支路为3 904+685+113=4 702，下行支路为4 256+924+113 =5 293，这两个支路的电流和与整个儿回路吸上线电流一致，电流关系基本平衡。

实际上在大气过电压时，相同型号的接触网绝缘子闪络电压也大致相同，特别在接近AT所、分区所区段，不管是T线还是F线均在此处并联，往往引起上下行多个(片)绝缘子的闪络。

3 结论及建议

AT牵引供电系统由于线路短路阻抗值是非线性的，除T-F短路外其他故障都不能通过电抗查表进行故障测距，在通常的T-R、F-PW、F-R等短路故障条件下其各AT吸上电流与故障点有比例关系，且故障段AT吸上电流最大，一般利用此特征构成的中性点吸上电流比方案测距。

实际运行中由于接触网故障的特殊性、施工中接线错误等因素的影响，造成测距误差偏大甚至错误的问题，这些问题通过技术人员的系统分析均能及时发现并能给接触网故障的查找提供帮助。当线路故障断路器跳闸，故障测距装置启动后，建议进行如下方案的处理。

(1)电抗测距法是电气化铁路应用多年并有丰富经验的测距方案。断路器跳闸在重合失败的情况下，应用重合失败时的电抗测距法测量值与吸上电流比测距法测量值进行对比。京广高速铁路采用了全并联的AT供电方式，正常情况下接触网上下行并联供电，遇有故障时变电所馈线上下行开关同时动作跳闸，线路上AT所、分区所失压保护动作跳闸，AT退出运行，2 s后变电所重合闸，若为瞬时性故障变电所重合成功，AT所、分区所检有压合闸投入AT，恢复全并联的AT供电方式;若为永久性故障变电所馈线重合失败，后加速动作瞬时跳闸，AT所、分区所将因线路无压不动作合闸。也就是说，在变电所跳闸重合闸时、实际上是直接供电方式，若变电所重合失败馈线后加速动作跳闸，馈线测控装置会按电抗测距法给出故障距离，此距离应与故障测距装置吸上电流测距法距离一致，否则应对2个不同的指示点分别安排检查。

(2)在断路器跳闸故障测距装置给出有关测量数据后，技术人员应该根据这些数据勾画出如图1、图2形式的电流关系示意图，首先标注出电流方向的理论值，再将跳闸记录中电流的角度与理论值比对。如图1中北白楼分区所上行T线、上下行F线电流方向及相位应该一致，但表1中下行F线相位为119°、与理论值相差180°;而后将跳闸数据进行标注、计算各个节点电流的代数和，如若出现某个节点电流的流入、流出值不符合基尔霍夫电流定律(超过设定的误差)时，必为其他原因引起。如图2中崔曲AT所F线电流应该与邯郸东变电所上行F线电流与温村分区所F线电流的和相等，但实际差别较大。

通过对电流大小和方向的分析，可以判定测距装置的运行状态、分析接触网跳闸合理性和其他可能性。

(3)产生大气过电压或操作过电压的情况下，因为接触网绝缘子型号、电气性能的均一性，往往出现多棒(串)绝缘子同时闪络。特别是在分区所、AT所附近，由于电气上进行了并联，上下行同时出现故障的几率将大增。如1.2节的故障，下行F线故障情况下、上行F线不应该出现3 904 A的大电流，如此大的电流说明上行F线也应该存在接地故障。

(4)吸上电流比测距装置故障的情况下仍能够通过阻抗测距找到大致的故障点。实测和仿真均表明在每个区段靠近变电所的2/3范围内牵引网阻抗仍旧是接近线性的，若故障发生在此区间、仍能够利用电抗测距原理;在远离变电所1/3范围内会出现与前2/3范围内相同的电抗点，利用画图的方法可安排在2个电抗测距指示点查找故障［2］。

4 结束语

AT供电方式的牵引变电所故障测距提供了丰富的信息，通过对这些信息的综合分析能够及时发现牵引变电所的异常状态，更能够给接触网的故障处理提供建设性的帮助，但前提是专业技术人员的详尽分析。

从上述论述中也可以看到，准确的阻抗值(主要是电抗)也是AT故障测距中较为重要的指标，在利用准确故障点修正吸上电流比测距时、也应力求对电抗值进行修正。日常运营中、技术人员应该绘制T-R、F-R、T-F短路时接触网每条供电臂距离电抗对照图，在极端情况下、利用该图也能指导接触网故障点的查找、避免故障查找的盲目性。

［1］ 天津凯发电气股份有限公司.DK3571A电铁故障测距装置技术说明书［Z］.

［2］ 汪国林.对客运专线全并联AT供电方式馈线保护整定的探讨［J］.铁道机车车辆，2014，(2):116-119，34.

U223.5+1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.14

1008－7842(2015)01－0066－03

4—)男，高级工程师(

2014－07－23)