牵引变电所馈线跳闸分析与判断

岳学民

（中国铁路郑州局集团公司调度所，工程师 河南郑州 450052）

随着我国电气化铁路的快速发展，列车运行速度和密度的不断增加，铁路运输对牵引供电系统的安全性和稳定性的要求也越来越高。当供电线路发生故障时，变电所馈线断路器跳闸，接触网线路将停电，就会中断电力机车供电，打乱铁路行车秩序，影响运输。变电所馈线断路器跳闸后，如何根据跳闸信息综合分析、快速判断故障性质与范围，是尽快处理故障、快速恢复供电行车、减少供电事故对运输影响的关键因素。

当供电线路发生故障，变电所馈线断路器跳闸时，牵引供电SCADA系统会发出实时故障报告，根据馈线保护动作情况，结合故障电流、故障电压、阻抗角、故标指示等数值，综合分析判断，基本可以确定接触网线路的故障性质及范围，及时组织抢修人员有目的地进行查找故障点及进行事故抢修。

牵引变电所馈线保护装置是供电线路的大脑，能反应供电线路的故障和不正常运行状态，并能迅速地、有选择性地作用于断路器切除故障线路，从而保证无故障线路的正常运行，将事故限制在最小范围。

1 馈线保护

牵引变电所馈线保护主要有电流速断保护；过电流保护；距离保护；电流增量保护。

1.1 阻抗（距离）保护在馈线保护中一般采用距离保护作为主保护。

距离（阻抗）保护是反映故障点至保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时间的一种保护装置。距离保护既反映被保护线路故障时电压的降低，又反应电流的升高，是反映线路阻抗下降而动作的保护，采用方向阻抗继电器还可反应相角的变化，具有灵敏度高，保护范围及选择性不受系统运行方式影响和动作迅速的特点。

一般在变电所供电臂上设三段距离保护，开闭所设进线一段出线两段距离保护，分区亭设上下两段距离保护。在供电臂上没有开闭所的区段变电所馈线上设两段距离保护和电流增量保护，分区亭设上下行一段距离保护。根据实际线路情况可选择阻抗特性为偏移平行四边形或阻抗四边形。

距离I段保护本供电臂全长的85%左右。

距离II段保护正常运行时为本供电臂全长范围以及越区供电方式下至相邻下一变电所首端电分相处。

1.2 电流速断保护当供电系统发生严重故障时为消除近点阻抗保护动作死区，设置该保护，对重负荷线路可以选择低电压闭锁、二次谐波闭锁、谐波抑制特性。电流速断保护的缺点是其保护范围受系统运行方式的影响，在某些情况下电流速断保护可能没有保护范围。因此，一般需要对电流速断保护的灵敏性进行校验。

电流速断保护按躲过最大运行方式下供电臂线路末端金属性短路电流整定，动作电流整定值较大，同时要求快速动作，但保护范围较小，大约保护整条供电臂首端的25%左右。

当馈线发生变电所近端短路故障时，电流速断保护动作，故障电流较大，故障电压较低。

1.3 过电流保护过电流保护一般作为牵引馈线的后备保护，按躲过供电线路的最大负荷电流整定。

机车在线路上行驶时，负荷电流经常变化，即在任一电流值下运行的时间都很短。而故障电流只要一产生，就一直持续到故障切除后才完结。因此根据电流持续时间的不同可以鉴别故障。根据这一原理采用过电流保护。

1.4 高阻接地（电流增量）保护距离保护主要保护线路的金属性短路，同时为了躲过线路的最大负荷，整定值一般较小，整定值要躲过馈线最低负荷阻抗，所以整定值较小，而在实际运行中，当线路短路接地电阻较大时，如存在过渡电阻或非金属性短路时，故障电流较低，接地电阻会较大，距离保护可能无法动作，降低了供电系统的可靠性。

高阻接地保护装置就是为了解决这一问题而设计的。通过比较短路和负荷两种状态可知，无论是在电力机车牵引运行状态还是在再生制动状态，负荷电流中均含有大量的高次谐波（三次谐波为主），另外，当AT变投入或机车变压器投入时，产生的励磁涌流含有很高的二次谐波分量，而线路发生短路故障时，故障电流基本是基波（正弦波），并且在短路瞬间电流的增量很大。电流增量保护利用高次谐波抑制,二次谐波闭锁功能，并判断基波电流增量而动作，可以不受电力机车再生负荷的影响，作为距离保护的后备保护对高阻接地故障能起到较好的保护作用，该保护的主要缺点是动作时间较长。电流增量保护按照供电臂内一台电力机车最大启动电流进行整定。

该保护动作一般为供电线路发生非金属性接地故障。

如2015年7月汤阴变电所213#馈线（汤鹤下行供电臂）跳闸，电流增量保护动作，重合成功，跳闸原因为路外施工使钢丝套松脱弹至汤鹤间下行61#支柱定位点吊弦南侧瞬间短接接触网。

2 故障信息分析

不同的供电故障，会反应出不同的故障信息，从开关动作情况、保护动作类型等故障信息中快速判断供电线路哪里发生了故障、发生了怎样的故障，是排除故障、恢复正常供电的关键环节。

2.1 根据馈线断路器动作情况判断

1）同一变电所同一供电方向上下行同时跳闸，两个馈线跳闸故障报告基本一致，则可能发生上跨铁路电力线或其它高空金属物同时坠落在上下接触网上并造成接地。

如，2015年10月，京广线薛店变电所211#、212#（郑州南-薛店上下行供电臂）馈线同时跳闸，重合失败，211#馈线电压25.19kV,电流898.8A；212#馈线电压25.234kV，电流919.2A，故标指示k686+409（郑州南至小李庄148#支柱附近），跳闸原因为京广线郑州南站至上小李庄站间由于国家电网郑州供电公司在距京广线路350m的220kV上跨电力线施工时，避雷线断线搭落在京广线上下行接触网上。

2）同一变电所同行（上行或下行）断路器同时跳闸，则可能是机车带电闯该变电所分相。

两相邻变电所同行（上行或下行）断路器同时跳闸，则可能是机车带电闯两所间分区亭处分相。

3）变电所断路器跳闸后重合成功，为瞬时性接地故障，一般是恶劣天气条件下绝缘部件瞬时闪络、电击人或动物等。

4）变电所断路器跳闸重合成功，过一段时间又跳闸，为断续接地故障，可能是接触网或电力机车绝缘部件闪络，货车绑扎绳等松脱，列车超限，树木与接触网放电、接触网与接地部分距离不够，接触网断线但未落地，弓网故障等。

5）变电所断路器跳闸，重合闸和试送均不成功，为永久性接地故障，可能由于接触网、正馈线或供电线断线接地、绝缘子击穿、隔离开关处于接地状态下的分段绝缘器击穿、隔离开关引线脱落或断线、较严重的弓网故障、机车故障等。

6）变电所断路器连续跳闸，故标指示沿某电力列车运行方向而变化，可判定为该电力机车故障。

如：2016年8月，焦柳线董庄变电所211（董庄-北召店下行）馈线分别在14∶22、14∶24、14∶36跳闸，均重合成功，故标指示分别为14.3KM、9.6KM、3.2KM，当时线路相应位置有X25215次列车运行，经查确定，跳闸原因就是该次列车机车故障。

2.2根 据故障报告内容判断变电所断路器跳闸后，根据故障报告内容如故障电压、故障电流、阻抗角等数据也可以更确切地确定故障性质。

1）接地故障，故障报告：电压低（17000V以下）电流较大（1000A以上）阻抗角在45°至75°之间。

2）过负荷跳闸。故障报告表现为，故障电压较高（20000V以上）电流较小（1000A左右）阻抗角在40°以下，故标指示数值超出供电范围，一般可以判断为过负荷。

3）故障报告中谐波含量较大且出现二次谐波，则可能是机车内部故障。因为接触网线路发生短路故障时，故障电流基本是正弦波。

4）机车闯分相。除了从相关断路器动作情况判断外，同时从故障报告数值看，故障电压较高（20000V以上）、电流较大（2000A左右）、阻抗角在0度附近，则可能为机车带电过分相，此时故标指示数据不正确，不能作为查找故障点的依据。

5）故障电流小，电压基本为零，且能重合成功，变电所发压互（PT）回路断线信号，可判定非接触网线路故障，而是电压互感器回路断线。

6）故障标定装置指示故障点在0值附近，则可能是变电所内部故障或供电线故障。

3 结束语

当变电所断路器跳闸后，根据断路器跳闸情况、保护动作情况、故障电流、故障电压、故标指示等故障信息，结合工务、机务、车站等各方面反馈的信息，以及故障地点的天气、温度、运行环境等因素，结合各方面信息综合判断，可以很快判断出故障地点、故障性质及大概原因，也就可以及时指导故障处理人员有目的地组织查找故障点及快速处理故障，可以更快地确定故障地点、原因，及时处理，减少故障停电时间，迅速恢复供电，减少故障损失，及早恢复铁路运输正常秩序。