高速铁路AT供电方式下的网孔电流分析

韦强

（兰州铁路局 嘉峪关供电段，甘肃 嘉峪关 735100）

高速铁路AT供电方式下的网孔电流分析

韦强

（兰州铁路局 嘉峪关供电段，甘肃 嘉峪关 735100）

对兰新高速铁路自开通运行以来的变电所跳闸故障进行梳理，主要包括跳闸故障数据、故障类型及故障距离的准确性等方面。结合我国高速铁路、客运专线的供电模式及故障类型，对高速铁路AT供电方式下，牵引变电所在不同故障类型下的网孔电流进行分析，以便在牵引变电所跳闸时，能够科学判断故障数据的准确性，及时判断故障类型和故障距离，为跳闸原因的查找提供数据支持。

高速铁路；AT供电；网孔电流；跳闸

1 概述

高速铁路的安全运行不仅影响国民经济的发展，同时也关系着广大人民的生命财产安全。深入分析研究高速铁路AT供电方式及变电所跳闸的数据，对提高牵引供电系统的安全性和可靠性，保证设备的正常运行具有重要的现实意义。

兰新高速铁路采用AT供电方式。AT供电就是通过AT所或分区所的AT变压器（自耦变压器）将接触网的接触线（T线）和正馈线（F线）并联起来的供电方式。

AT供电系统中，牵引变电所牵引侧电压为55 kV或两相2×27.5 kV。牵引网接触线（T线）和正馈线（F线）接在自耦变压器的原边，构成55 kV供电回路，而钢轨与自耦变压器的中点连接，使接触网与钢轨之间的电压仍然保持在27.5 kV，因此，在列车与变电所之间形成长回路，由列车所在的AT段形成短回路。由于长回路电压提高1倍，在相同的牵引功率下网上电流减小，使得电压损失、功率损失都大大下降，供电距离延长[1]。

AT供电方式与直接供电和BT供电方式相比，由于AT供电方式正馈线（F线）的存在，使得变电所跳闸次数增多。兰新高铁自开通运行以来的跳闸统计中，由于正馈线（F线）故障引起的变电所跳闸占总跳闸件数的70%。

2 高速铁路AT供电方式

2.1 结构特点及故障类型

AT供电方式结构包括变电所、分区所、AT所、接触网设备、电力机车和钢轨。

AT供电系统接触网结构比较复杂，共有4条并行导线，由接触线T、承力索C、正馈线F、PW保护线组成（见图1）。PW作为钢轨工作回流的并联通道，还有闪络保护接地的作用[2]。

图1 AT供电结构示意图

沿线每隔一定距离并联一自耦变压器（AT变），从而构成多网孔复杂网络（见图2），短路故障概率相对增多，系统短路故障类型也相应增多。常见的故障类型有T-R、F-R、T-F和F-PW型短路故障。

图2 全并联AT供电网络

2.2 线路故障时的开关跳闸情况

故障点发生在变电所和AT所之间，或发生在AT所和分区所之间，由于AT供电系统的阻抗非线性及AT所并联，使有选择性地切除故障（即上行故障跳上行，下行故障跳下行）存在困难。高速铁路一般采用以下保护配合方式：

线路上任何一点发生故障（兰州方向），变电所馈线断路器211、212全部跳闸，AT所和分区所馈线断路器241（242）、270、275失压跳闸（上下行解列、AT解列）。变电所重合闸启动，如果是瞬时性故障，重合闸成功，AT所270和分区所275依次检压合闸，系统恢复供电。如果是下行永久性故障，变电所下行馈线断路器211加速跳闸，重合失败，AT所270和分区所275断路器检压合闸失败，241（242）合闸失败，上行断路器212重合成功，AT所和分区所241（242）断路器检压合闸成功，上行恢复供电。上行永久性故障同理。

2.3 线路故障时的行别及区段判断

牵引变电所跳闸时，从故障报文中可以确定上下行电压U、上下行T相电流、上下行F相电流、故障距离、上下行别等故障参数，根据电量参数可以确定短路点在第一个AT段（牵引变电所与AT所之间的网孔）还是在第二个AT段（AT所与分区所之间的网孔）、短路故障是上行还是下行以及短路类型。

当牵引变电所电流参数与AT所电流参数有一相比较大，而分区所上下行电流参量基本平衡时，可以确定故障点在牵引变电所与AT所区段，则只分析变电所IT1（下行T线电流）、IT2（上行T线电流）、IF1（下行F线电流）、IF2（上行F线电流），在4个电流中找出最大者即可判断上下行别及故障线路。

当AT所电流参数与分区所电流参数有一相比较大，而牵引变电所上下行电流参量基本平衡时，可以确定故障点在AT所与分区所区段，则只对子所1（AT所）和子所2（分区所）的故障电流进行比较判断，找出上下行T线、F线电流当中的最大者，即可判断上下行别及故障线路[3-4]。

3 网孔电流分析法

3.1 分析原理

根据电学原理及AT供电方式结构特点，机车受电弓在正常取流时T相与F相中的电流方向相反，在每一个节点，根据基尔霍夫电流定律，由牵引变电所、分区所、AT所流进或流出同一节点的电流满足基尔霍夫电流定律。

3.2 不同故障类型的网孔电流分析

对跳闸数据分析前首先进行跳闸数据的同步性校验[5]。根据AT供电系统的供电特点，数据同步性分析原则如下：（1）供电臂上下行馈出总电流=负荷（或短路）电流；（2）供电臂各所AT吸上电流和=负荷（或短路）电流。

3.2.1 T-R型短路故障

某牵引变电所213、214断路器跳闸，故障报告数据见表1。

变电所故障类型：上行T-R故障；故障公里标：2 196.300；故障距离：5.09 km；测距法：AT测距法。网孔电流分析见图3。

表1 T-R故障变电所跳闸数据

图3 T-R故障情况下的网孔电流分析

数据同步性校验：

供电臂馈出电流 Ik=915+4 068=4 983 A。

各所AT吸上电流分别为：Iatss=3 075 A，Iat1=281 A，Iat2=1 627 A。

供电臂总吸上电流∑Iat=3 075+281+1 627=4 983 A。从图3网孔电流分布可得：短路电流 Id=4 972 A。

考虑电流互感器自身误差及装置测量误差，供电臂馈出电流近似与供电臂吸上总电流相等，即可判定数据满足同步条件。

3.2.2 F-R型短路故障

某牵引变电所211、212断路器跳闸，故障报告数据见表2。

变电所故障类型：下行F-R故障；故障公里标：2 124.300；故障距离：16.23 km；测距法：AT测距法。网孔电流分析见图4。

表2 F-R故障变电所跳闸数据

图4 F-R故障情况下的网孔电流分析

数据同步性校验：

供电臂馈出电流 Ik=1 639+1 627=3 266 A。

各所AT吸上电流分别为：Iatss=101 A，Iat1=774 A，Iat2=2 617 A。

供电臂总吸上电流∑Iat=774+2 617-101=3 290 A。

从图4网孔电流分布可得：短路电流 Id=3 273 A。

3.2.3 T-F型短路故障

某牵引变电所213、214断路器跳闸，故障报告数据见表3。

变电所故障类型：下行T-F故障；故障公里标：2 329.100；故障距离：20.55 km；测距法：AT测距法。网孔电流分析见图5。

由于T-F故障类型下，故障电流由T相流向F相，牵引变电所、AT所、分区所钢轨回流在节点处是平衡的，满足基尔霍夫电流定律。

表3 T-F故障变电所跳闸数据

图5 T-F故障情况下的网孔电流分析

AT所与分区所吸上电流分别为：Iat1=176 A，Iat2=125 A，两者相加为301 A，与牵引变电所吸上电流 Iatss=297 A是平衡的。

从图5网孔电流分布可得：短路电流 Id=1 945 A。

3.2.4 F-R特殊类型短路故障

短路故障点发生在自耦变压器与电流互感器之间F相时的网孔电流分析如下：由于分区所自耦变压器前端断路器故障，引起变电所馈线断路器跳闸，从分区所主接线图可以看出，故障断路器位于自耦变压器与电流互感器之间，当断路器绝缘击穿时，短路接地时短路电流一部分流向自耦变压器，一部分流向电流互感器（见图6）。

某牵引变电所211、212断路器跳闸，故障报告数据见表4。

图6 断路器故障示意图

表4 F-R特殊类型故障变电所跳闸数据

变电所故障类型：上行F-R故障；故障公里标：2 329.100；故障距离：20.55 km；测距法：AT测距法。网孔电流分析见图7。

数据同步性校验：

供电臂馈出电流 Ik=1 827+1 830=3 657 A。

各所AT吸上电流分别为：Iatss=152 A，Iat1=3 223 A，Iat2=590 A。

供电臂总吸上电流∑Iat=3 223+590-152=3 661 A。

从图7网孔电流分布可得：短路电流 Id=3 641 A。

4 结束语

高速铁路在AT供电方式下，网孔电流分析作为变电所跳闸数据的分析方法，可以发挥以下作用[5]：

图7 断路器故障情况下的网孔电流分析

（1）通过网孔电流分布图，可以判断跳闸数据的准确性，以及保护装置与故障装置数据的同步性。

（2）通过网孔电流分析，可以判断接触网故障类型及上下行别，为现场调度指挥提供准确的数据保障。

（3）通过网孔电流分析，可以发现一些参数及设备二次接线是否正确，通过数据对比可分析电流互感器变比参数是否正确，通过电流方向可确定极性二次接线是否正确。

通过网孔电流分析能够及时准确判断故障类型、确认跳闸数据的准确性，为消除安全隐患，及时查找跳闸原因提供有力的数据支撑，确保高铁安全运行。

[1] 徐红红，张雷．AT牵引供电方式的分析及应用[J].铁道运营技术，2007(4)：8-11.

[2] 李岗，林国松，韩正庆．新型AT供电牵引网故障测距方案[J]．电力系统及其自动化学报，2013(3)：31-34.

[3] 王斌，高仕斌．全并联AT供电牵引网故障测距方案的研究[J]．电气化铁道，2006(5)：5-8.

[4] 魏俦元，张忠杰，赵宪文，等．基于通信服务模式的AT供电故障测距方案[J]．中国铁路，2014(3)：70-73.

[5] 吴德范．高铁非正常供电方式下故障测距方法的研究[J]．电气化铁道，2006(5)：14-16.

责任编辑 卢敏

Analysis on Mesh Current in AT Power Supply Mode of High Speed Railway

WEI Qiang
（Jiayuguan Power Supply Depot，Lanzhou Railway Administration，Jiayuguan Gansu 735100，China）

This paper analyzes the tripping fault of the substation, which mainly includes data, data type and distance accuracy related with tripping fault, etc. since the traffic opening of Lanzhou-Urumqi high-speed railway. Combined with the power supply mode and fault type of China's high-speed railway and Passengerdedicated Line, the mesh current of traction substation with diferent fault types in the AT power supply mode of high-speed railway is analyzed so as to judge the fault data accuracy in a scientifc way and determine the data type and distance in time, providing data support for fnding the cause of trip.

high speed railway；AT power supply；mesh current；trip

U226

：A

：1001-683X（2017）07-0055-05DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.055

2017-01-15

韦强（1989—），男，助理工程师，本科。 E-mail：421830126@qq.com