对现行的几种故障性质判断方式的对比分析

高俊彬（通辽供电段，内蒙古通辽　028000）

对现行的几种故障性质判断方式的对比分析

高俊彬
（通辽供电段，内蒙古通辽028000）

自动重合闸是电气保护中常见的一种保护方式。在电气化铁路的故障跳闸中，对于瞬时性故障，启动自动重合闸，有利于及时恢复供电，保障运输畅通；对于永久性及金属性接地，则不应再启动自动重合闸，以免较大的短路电流对电器设备造成损伤。而如何来判断故障的性质则是一项重要的任务。故障性质判断装置主要作用是判断接触网故障属于永久性接地还是瞬时性接地，针对故障接地特点决定是否启动自动重合闸，可以起到即保护设备，又增加供电可靠性的目的。下面就针对几种不同的故障性质判断方式作简要地介绍。

故障性质判断自动重合闸对比分析

由于馈线短路，对牵引变电所主变压器及馈线断路器等主要供电设备造成不良冲击。对主变压器的短路冲击长期的积累效应影响变压器使用寿命，设备安全运行可靠性下降；另一方面对馈线断路器的及流互等设备的冲击以及由此引起的过电压等问题为牵引供电系统安全运行之大忌。对于限制短路过电流常常采用自动重合闸进行保护。自动重合闸是电气保护中常见的一种保护方式。在电气化铁路的故障跳闸中，对于瞬时性故障，启动自动重合闸，有利于及时恢复供电，保障运输畅通；对于永久性及金属性接地，则不应再启动自动重合闸，以免较大的短路电流对电器设备造成损伤。而如何来判断故障的性质则是一项重要的任务。故障性质判断装置主要作用是判断接触网故障属于永久性接地还是瞬时性接地，针对故障接地特点决定是否启动自动重合闸，可以起到即保护设备，又增加供电可靠性的目的。

故障性质判断系统将以往的馈线发生故障跳闸后试送电改为故障判断后再送电，最大限度地保证了馈线自动重合闸的重合成功率。对故障性质判断主要从硬件和软件两个方面来实现，硬件包括配套的负荷隔开（或真空断路器）；软件则直接从跳闸的参数来直接判断。下面从两大方面来进行简单的介绍：

1　通过硬件实现的故障判断装置

表1　北京恒通达与德国LTS2000功能对比

沈阳铁路局的电气化设备基本上均装设有故障性质判断装置，分为国产设备和进口设备。下文就简要介绍一下此类设备的特点，同时对两种设备进行对比分析。

图2　德国LTS2000原理图

图1　北京恒通达原理图

沈局所装备的故障性质判断装置主要有以下两种：国产北京恒通达的高压线路故障判断装置以及进口LTS2000装置中的自动控制单元。

这两种设备有着很多相同之处，其基本原理均是采用通过对故障馈线进行高电压小电流测量，对线路进行无损自动检测来判断故障性质。均需要在变电所一次主接线馈线侧增设相关设备，在硬件上来实现。也有较大不同之处，首先是国产设备独立于综合自动化系统系统，仅提供接口；进口设备则是与综自设备结合一体，本身就是LTS2000装置中的自动控制单元。其次是在功能的实现上，两种设备的设置也有所不同。还有就是由于接触网外线供电模式的不同，其在一次主接线上的结构及所采用的设备也有所不同。下面就简单介绍一下两设备的异同点。

1.1两种设备的相同点

均采用通过对故障馈线进行高电压小电流测量，对线路进行无损自动检测来判断故障性质。均是采用与馈线接触网并联的一条测试接地回路，串入一组大电抗，通过电抗来分压限流，达到高电压小电流自动测量的目的。

1.1.1国产故障判断装置

故判装置结构如图1所示：由专用高压限流器XL、热爆式高压熔断器RD、电压互感器YH、真空负荷-隔离开关组合电器xFH（1FH、2FH）、微机可编程控制仪GPY等设备配套组成。其中高压限流器XL、热爆式高压熔断器RD、电压互感器YH组装在一台手车上，可方便地投入或退出工作。限流器XL用来将测量电流限制在5A以内。电压互感器YH用来测量发生故障时馈线上的残余电压，热爆式高压熔断器RD作为本装置的后备保护。真空负荷-隔离开关组合电器xFH（1FH、2FH）即可作为测量开关使用，又具有隔离开关的作用，为设备检修提供了可靠的安全保障。

当馈线发生故障时，主断路器（DL）跳闸，故判装置自动启动，经0.8-1秒后，与故障馈线相对应的测量用负荷开关（FH）合闸，27.5KV母线电源经故判装置向故障馈线送电，利用高压限流器XL的限流作用，对故障馈线小电流检测。

电压互感器（YH）测量馈线残压，根据馈线残压大小判断短路故障性质；测量进行0.6秒后，负荷开关（FH）自动分闸，使故判装置退出测量状态，同时给出测量结果。整个测量过程在断路器跳闸后1.6秒内完成。

当馈线残压低于8kv时，故判装置判定为永久性故障，通过控制程序闭锁故障馈线保护的自动重合闸。控制仪显示“99x”信息，同时发出《永久性故障》光字牌及音响信号报警；

当馈线残留电压大于8kv时，装置判断为瞬时性故障，允许馈线保护装置启动重合闸，馈线断路器（DL）合闸送电。

1.1.2国外故障判断装置

哈大线牵引变电所27.5kV侧主接线如图2所示：与国内牵引变电所不同的是备用馈线代替了旁路母线，且多了一条测试母线，该测试母线通过隔离开关、电阻、负荷开关与工作母线相连，也可以看作是工作母线的一个负载。通过测试母线来实现OLPA（接触网线路自动检测）和OLRA（变电所反向电压监测）两项检测功能。

OLPA接触网线路自动检测自动执行过程如下：

（1）211断路器合闸命令发出或接触网保护启动211断路器跳闸后。

（2）大连方向馈线间隔负荷开关3111合闸，电压经2311、CDZ、3311、3111构成回路，如图2中实线箭头所示路径。

（3）电压经测试回路送出后，测试电压互感器CYH测得的回路电压与OLPA程序中的电压设定值比较，测试电压若高于设定值，则认为接触网无短路，3111断开，测试成功，211合闸，反之，测试失败，211不能合闸。

1.2北京恒通达功能与德国LTS2000设备区别

（1）一次图区别，由于供电接触网外线设备不同造成一次主接线形制不同，同时使用的设备也有所区别（隔开），国产使用组合电器，在故判是使用真空断路器瞬时点动合闸，进口设备使用负荷隔离开关进行短时的分合。

（2）在与综自系统结合方面，国产设备独立于综合自动化系统系统，仅提供接口；进口设备则是与综自设备结合一体，本身就是LTS2000装置中的自动控制单元。

1.3功能的区别

进口设备与综自系统结合到一起，本身还包括了进线自动转换功能（220KV）以及变电所反向电压监测功能，本身能力要强于国产设备。两种产品除了故判检测以外，还有其他的一些引申功能。

北京恒通达功能与德国LTS2000功能对比表（或文字叙述）：（表1）

2　通过软件实现的故障判断装置

通过软件来实现故障性质判断，主要是通过分析跳闸参数，将馈线发生故障跳闸确定是否进行自动重合闸。这部分功能直接由综自系统通过大电流闭锁重合闸来实现。

秦沈线目前采用保护判定重合闸条件，每次跳闸后直接启动自动重合闸，在故障电流超过电流速断定值的2倍时，闭锁重合闸。（在保护中没有大电流闭锁重合闸的设备上，故障时启动重合闸，在利用后加速动作来进行保护。）

由于新建的变电所标准提高，设备耐受过电流的能力较之过去有很大提高，这种方式在软件上的易于实现有很强的可操作性。而随着高铁变电所AT方式主接线的复杂化，目前新建变电所和高铁变电所多采用这种方式。

本文中上述两种通过硬件实现故障性质判断的设备虽然已经不再成为主流设备，但是仍然不失为在故障性质判断方面的一种有益的探索。

中国的高速铁路处于大发展的有利时机，故障性质判断是设备运行中的重要环节。发挥好故障性质判断装置，有利于对现场故障信息进行正确的分析判断，有利于提高故障抢修，进而确保供电安全。

［1］孙道东.LTS2000 装置在哈大线牵引变电所的应用［J］.电气化铁道，2007（2）:21-24.

［2］甄磊.交直电力机车负荷下的直供加回流牵引供电方式的跳闸参数分析［J］.辽宁铁道辽宁铁道，2011（3）.