电气化铁路接触网短路试验方式探讨

(太原铁路局供电处，山西 太原 030013)

1 引言

牵引供电系统接触网由于运行环境的特殊性，每年都会发生多起开关跳闸事件，中断供电影响铁路运输。绝大多数接触网跳闸都是接地短路性质的跳闸。因此模拟接触网对地短路故障进行短路试验，准确掌握接触网阻抗值等主要参数，可以更加准确的进行保护定值的设定和故标参数设置，对接触网的故障分析判断具有较强的实际指导意义。

2 短路试验方法和存在的问题

2.1 接触网短路试验项目

新建高速铁路供电方式一般为AT供电方式，《牵引网供电状态测控系统试验方案》规定接触网模拟短路试验的项目主要有：全并联方式下的接触网对钢轨短路试验和正馈线对钢轨短路试验、不并联方式下的接触网对钢轨短路试验和正馈线对钢轨短路试验、直接供电方式下的接触网对钢轨短路试验、接触网和正馈线之间的短路试验。

2.2 接触网短路试验接地方法

《高速铁路工程动态验收技术规范》(TB10761-2013)8.1.4规定，“应采用接触线对钢轨、正馈线对钢轨2种方式进行接触网模拟短路试验”，“接触网短路试验点，AT供电方式宜设于第一AT段末端及第二AT段中间位置”。

《牵引网供电状态测控系统试验方案》中规定短路试验时按永久性接地方案接地。具体方法是：接触线永久性接地短路连接顺序由上至下为：接触网腕臂—120mm2软铜绞线—钢轨。正馈线永久性接地短路连接顺序由上至下为：正馈线—120mm2软铜绞线—钢轨。

2.3 短路试验接地方案存在的问题

接触网模拟短路试验时，按要求需要做接触网或正馈线对钢轨的短路，但AT供电方式下短路电流很大，短路电流值达到3000A～6000A，如短接线与钢轨连接状态不良，在大短路电流通过时会烧伤钢轨，虽然现场可以采取短接线与钢轨之间增加垫板、涂抹导电膏等紧密连接等措施，但在钢轨连接点部位仍然会出现不同程度烧伤。

3 短路试验分析

3.1 接触网短路试验的目的

测试接触网人工短路状态下的牵引变电所、分区所、AT所接触网短路电压、电流参数，并记录波形。计算AT吸上电流比，分析计算短路点所在供电臂线路阻抗，验证保护动作逻辑。

3.2 短路试验的理论分析

接触网短路试验点，AT供电方式宜设于第一AT段末端及第二AT段中间位置，我们以第一AT段末端的短路试验为例，当靠近AT所处发生接触网对钢轨短路时的短路电流路径示意图如图1所示。

图1 接触网对钢轨短路时的短路电流路径示意图

接触网对钢轨短路试验时，短路电流的路径为：变电所主变—接触网—钢轨—附近的吸上线—保护线—变电所集中接地箱。

如果接触网对地短路，由于大地与钢轨、吸上线等之间的绝缘措施，所以短路电流的主要路径为：变电所主变—接触网—大地—变电所地网—变电所集中接地箱。

3.3 效果对比分析

从接触网对钢轨短路试验和对地短路试验的短路电流路径对比中，可以看出对钢轨进行短路试验的优点是短路电流的回路非常畅通，对于测试接触网模拟短路状态下的牵引变电所、分区所、AT所接触网短路电压、电流参数，计算AT吸上电流比，分析计算短路点所在供电臂线路阻抗等是接近于理论值，可以进行准确的分析，可以准确检验继电保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

对地进行短路试验试验的准确性相对较低。

3.4 对钢轨短路试验可能的后果

铁运(2012)83号《关于印发<高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)>》(TG/GW115-2012)第3.4.2条规定“钢轨表面缺陷深度允许偏差热轧状态下刮伤、轧痕、纵向裂纹、折叠、氧化皮压入轧痕深度，允许偏差，轨头踏面不大于0.35mm，其它部位不大于0.50mm”。第5.2.1条第三项第3款规定“对紧急处理或临时处理处所，宜于当日天窗内采用原位焊复或插入短轨焊复处理。进行焊复处理时，应保持无缝线路锁定轨温不变。作业轨温宜低于实际锁定轨温0℃～20℃。当采用插入短轨焊复时，短轨长度不得小于20m。”

在对钢轨进行短路试验时，在短接线与钢轨连接点只是通过接地线夹、垫板、导电膏等机械连接，可能会烧伤钢轨。也就是说，只要连接部位的钢轨烧伤超过0.50mm，就需要采用插入短轨焊复，短轨长度不得小于20m。约需直接费用15万元。不但造成经济损失，而且可能对高铁运行安全造成影响。

4 短路试验接地方案探讨

针对从接触网对钢轨短路试验和对地短路试验存在的弊端，我们需要寻求一种解决方案，使得短路试验时短接线不与钢轨直接连接，但可以达到与之相近的试验效果。

4.1 短路电流路径分析

对钢轨短路试验时，短路电流的路径：①变电所主变—②接触网—③钢轨—④附近的吸上线—⑤保护线—⑥变电所集中接地箱。如果省略其中第③个环节，同样可以达到短路试验的目的。那么短路电流的路径变为：①变电所主变—②接触网—③附近的吸上线—④保护线—⑤变电所集中接地箱，这也是畅通的回流通路。

4.2 改进方案

通过短路电流路径分析，我们可以采取短接线不与钢轨连接，改为在供电臂中吸上线附近作为短路试验点，将接触悬挂与吸上线直接连接进行短路试验。采用这个方案进行短路试验短路电流的路径变为：①变电所主变—②接触网—③附近的吸上线—④保护线—⑤变电所集中接地箱，短路电流也可以畅通地回流，达到与钢轨直接连接进行短路试验相同的试验效果。

接触网与吸上线直接连接进行短路试验时，由于吸上线可能与扼流变压器相连，试验时会对扼流变压器产生大电流冲击，对扼流变压器造成损坏。为了避免扼流变压器损坏，可以采取如下措施：一是短路点选择在空载扼流变压器附近的吸上线进行；二是将短路试验点附近1公里范围内的扼流变压器与钢轨连接点拆除。这样既可避免短路电流分流影响试验准确性，又能保证短路试验点附近设备的安全。

5 结束语

接触网短路试验是电气化铁路联调联试的最后一个试验项目，不仅是对断路器及其保护装置性能的检验，也是对牵引变电所设备安装接线是否正确可靠的检测手段，同时也是对相关各电气部件的冲击试验。新建电气化铁路线牵引供电系统进行接触网模拟短路试验，可以验证供电臂牵引网供电状态测控系统的基本性能和基本算法，根据测试结果指导牵引网供电状态测控系统的调整和优化，使系统达到设计目标、满足运行要求。