数据分析法推断牵引供电系统故障跳闸原因

赵朝蓬

数据分析法推断牵引供电系统故障跳闸原因

赵朝蓬

综合自动化系统、SCADA系统为牵引供电系统故障跳闸提供详细报文，通过数据分析可以快速判断故障性质、指导现场故障查找、及时组织应急处置，将故障影响降到最小程度。本文以一起一系列牵引变电所故障跳闸为例，展示运用数据分析法推断供电设备故障跳闸的方法与要点。

综合自动化系统；供电设备；数据分析法；故障处理

0 引言

目前，综合自动化系统、SCADA系统、光纤通讯等技术在国内牵引供电系统普遍应用，使得牵引变电所的跳闸数据、开关状态、电流电压波形等在变电所、SCADA系统调度端（铁路局供电调度）、SCADA系统复示端几乎可以同步查阅。铁路局供电调度位于供电系统调度指挥的信息中心，充分利用SCADA系统，可以在故障跳闸时快速准确判断故障性质、指导现场故障查找、及时指挥应急处置，将故障影响降到最小程度。

本文以宁安高铁联调联试中发生的一系列故障跳闸分析为例，展示铁路局供电调度运用数据分析法推断故障原因、排查安全隐患的方法与要点。

1 故障概况

（1）2015年8月28日6时11分12秒，弋江牵引变电所1#主变压器差动保护跳闸，主变互投装置未启动，铁路局供电调度初判后投入2#备用系统运行。铁路局供电调度询问列车调度得知，跳闸时有联调联试的首列确认列车DJ7001经过繁昌西分区所分相，通知列车试验人员检查确认列车受电弓完好后，接触网送电继续开车。

（2）7时31分53秒，弋江变电所213DL（繁昌西方向供电臂）和相邻的铜陵东变电所211DL（繁昌西方向供电臂）同时阻抗Ⅰ段跳闸。铁路局供电调度得知跳闸时有D55001次动车组经过繁昌西分区所分相，通知列车试验人员检查受电弓完好后，接触网送电继续开车。调度通知人员到该分相处的围栏外观察接触网是否异常，现场人员汇报无明显异常。

（3）8时48分47秒，弋江变电所213DL和铜陵东变电所211DL再次同时阻抗Ⅰ段跳闸。繁昌西分区所分相现场驻守人员汇报D56001次动车组经过时，该六跨关节式分相处有火球，外观无明确缺陷。铁路局供电调度通知列车试验人员检查列车受电弓无异常后，接触网送电继续开车，随即组织现场人员上道检查、处理故障。抢修人员检查接触网后，更换了一支外表有电弧灼伤的硅橡胶绝缘子，对分相中性区关节处两支接触导线空气绝缘间隙为280 mm的缺陷进行调整，调到设计要求的安全距离500 mm。

分相检查处理后，当天联调联试动车组继续正常试验，同时安排人员在弋江牵引变电所排查跳闸原因。

2 采用数据分析法排查故障原因

通过对上述每件跳闸事件单独分析和关联分析，可知3次跳闸时，动车组均通过繁昌西分区所分相，且分相中性区接触网参数不达标，现场进行了整改，后续试验正常，说明3次跳闸均与分相区缺陷有关。下文运用数据分析法排查故障情况。

2.1 分相区两侧接触网短路分析

7时31分53秒、8时48分47秒，弋江和铜陵东牵引变电所馈线先后2次同时跳闸，调度人员看到：2次跳闸时，两变电所馈线电流大小基本相等，分别为1 850、1 840，1 900、1 887 A，根据电流数据分析的结果，可判断为六跨两断口关节式接触网分相发生相间短路故障。

动车组运行到分相区时，受电弓滑板短接两断口分相的一个断口，因另一个断口处空气间隙仅为280 mm，受电弓通过时发生震动，导致该断口动态间距更小而击穿，造成分相两侧接触网发生短路，引发馈线断路器跳闸。

2.2 分区所T、F换相错误问题追查

按照牵引供电系统设计原则，一般通过相邻牵引变电所牵引变压器原边换接相序可实现分区所处两侧供电臂同相序。查阅设计院宁安铁路供电系统图，该分区所通过相邻变电所V/X接线的换接相序配合，在分区所两侧可做到压差为0。若压差为0，动车经过该分相时就不会引起相间短路跳闸，出现馈线处1 900 A的短路电流。经安排人员在繁昌西分区所对电压互感器二次侧测量分相两边压差发现：该分相两边的T线、F线二次侧压差均为200 V，电压互感器变比为275，一次侧即为55 kV。这说明弋江或铜陵东变电所中有一个所往繁昌西分相的供电臂T线、F线接反了，导致本来分相两侧T线、F线压差原该为0 V的却变为200 V。通过检查，发现确实是弋江变电所供繁昌西方向供电臂的T线、F线接反了，这也是引起相间短路跳闸的又一根本原因。

2.3 主变压器差动保护跳闸原因分析

弋江变电所1#主变压器差动跳闸时，恰有动检车经过繁昌西分区所分相，但1#主变压器对应的馈线不是繁昌西方向，而是芜湖东方向，主接线如图1所示。

图1 弋江牵引变电所1#系统主接线图

1#主变压器差动保护报文如下：

a.故障时间：2015-08-28 06:11:12.378。

b.被控站：弋江牵引变电所。

c.故障设备：1#变测控保护装置。

d.故障内容：

保护出口：差动、出口时间 = 0.00 ms；

高压侧电压UH= 101.69 V，低压侧电压UT= 103.96 V、UF= 104.14 V，高压侧电流IH1= 0.24 A，高压侧公共相电流IH2= 0.22 A；

本主变压器低压侧电流IL1= 0.01 A，另一主变压器低压侧电流IL2= 0.74 A，低压侧电压UTF= 104.08 V；

差动电流二次谐波ICD2= 0.01 A，公共相差动电流二次谐波ICDG2= 0.00 A，差动电流ICD= 0.24 A/制动电流IZD= 0.12 A，公共相差动电流ICDG= 0.23 A/公共相制动电流IZDG= 0.34 A；

高压侧电压UH相位 = 0.00°，低压侧电压UT相位 =119.60°、UF相位 = 299.60°，高压侧电流IH1相位 = 285.70°、IH2相位 = 113.30°，低压侧电流IL1相位 = 341.00°、IL2相位 = 284.40°。

从上述报文可以看出，另1台主变压器（3#主变）二次侧电流IL2= 0.74 A（电流互感器变比2 500），折合一次侧电流为1 850 A，与后续的2次馈线跳闸故障电流（1 860 A，1 900 A）接近。由于差动保护时限为0 s，馈线保护时限为0.1 s，因此推断极有可能是差动保护二次接线问题导致3#主变对应馈线213DL、214DL在短路时馈线保护尚未动作就被1#主变差动保护抢先跳闸了。

经检查试验，1#主变压器及其他一次设备均正常，油化验各项指标也合格，排除主变压器及相关设备故障引起差动保护的可能。检查1#主变差动保护二次接线时，发现保护屏2D11端子虚接开路，见图2，检查人员当即紧固好接线端子。随后对照二次接线图，通过深入分析数据，得出跳闸原因。

图2 弋江变电所1#主变差动保护高压侧电流互感器二次接线图

对照图2所示，当2D11端子断开时，二次回路变成A、B两个电流互感器二次侧线圈串联，回路阻抗增加1倍。如果B相电流互感器感应到电流，电流路径为：2LHB的4S1→2D10→保护装置的2n1:9→2n1:10→2n1:8→2n1:7→2D9→1LH的4S1→4S2→2LHB的4S2，即形成电流经B相正相流进，A相反相流出。

深入分析报文可以看出：对V/X接线变压器而言，当3#主变低压侧采集到0.74 A的短路电流时，通过换算相对应的高压B相、C相差动电流互感器也应该分别有0.46 A、方向相反的电流，高低压电流平衡，3#主变差动保护不启动。由于弋江变电所B相为公共相，因此1#主变压器B相差动电流互感器也应采集到0.46 A的电流。从上述电流回路分析可以看出：2D11端子断开后回路阻抗增加1倍，导致电流为正常情况下的一半，报文中B相电流只有0.22 A，与计算分析基本吻合。电流从B相流出，反向流过A相，从报文可以看到，B相电流相角113.30°，A相电流0.24 A、相角285.70°，即A相、B相电流大小基本相等、相位相反，符合电路分析。因此可判定：1#主变差动保护的原因就是1#主变保护屏2D-11端子虚接开路引起。

在后续的弋江变电所至繁昌西分区所上下行供电臂短路试验中，4次短路试验均未引发1#主变差动保护跳闸，也间接证明了这个分析的正确性。

3 数据分析法要点

通过数据分析，指导现场故障排查，发现了二次接线松动引起差动保护误动作、接触网分相中性区空气间隙不达标、变电所馈线T、F相接反等问题。结合日常工作中，调度或技术人员通过跳闸报文的数据分析，大大提高了故障查找的针对性。数据分析法的要点如下：

（1）异常数据的甄别。异常数据即是怀疑、分析的重点或突破口，对异常数据的敏感性，是基于常规数据分析而形成的职业素养，应加强对日常跳闸数据的分析，提高分析能力。

（2）从系统上分析问题。故障发生后，从供电系统一次图上推测大方向的原因，从二次工作原理图和报文数据上推测具体原因。差动保护跳闸，在排除一次设备故障后，大都是二次接线问题、保护定值问题，往往需要根据主变压器接线形式、保护回路图进行计算分析。

（3）先易后难原则。牵引供电设备故障一般伴随声、光、电现象，从现场反映的爆炸声、放电声、弧光、电弧痕迹、短路电流路径上的烧痕、气味等现象，一般可以判断故障点或故障原因。在此基础上开展数据核对性分析，往往能发现隐蔽在正常运行状态下难以发现的隐患。

（4）全面数据分析。保护跳闸报文中，通常有电压、电流、时间（精确到微秒）、阻抗角、相位、谐波分量、电阻值、电抗值、故障距离等数据，按照时间顺序、开关动作顺序所对应的数据进行分析，可以全面地分析一个故障跳闸过程及其应该发出的信息、数据，也可发现存在的问题。

4 结语

技术人员应重视通过数据分析法深度挖掘故障报文信息，在工作中不断摸索总结经验，提高供电设备安全运行可靠性和管理水平。

[1] 曹建猷. 铁道供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社.

[2] 陈小川. 铁道供电继电保护与自动化[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.

The integrated automation system and SCADA system are able to provide detailed messages for traction power supply system fault tripping, It is possible to assess the characteristics of faults, instruct the trouble shooting at site, organize timely the emergency rescue so as to minimize the influence of faults by means of data analysis. With a series of fault tripping at traction substation as one example, the paper presents methods and key points for analyzing the fault tripping of power supply equipment by application of data analysis method.

Integrated automation system; power supply equipment; data analysis method; fault handling

U223.8+3

：B

：1007-936X(2016)03-0001-03

2016-02-29

赵朝蓬.上海铁路局供电处，高级工程师，电话：13816138106。