京沪高铁华苑牵引变电所三起跳闸故障分析
2018-04-26肖世辉
李 瑞,肖世辉
京沪高铁华苑牵引变电所三起跳闸故障分析
李 瑞,肖世辉
对京沪高铁华苑牵引变电所3起跳闸故障进行了原因分析,通过改进措施的实施,验证了分析的正确性。
AT供电;京沪高铁;跳闸分析;吸上电流比
0 引言
京沪高速铁路(简称京沪高铁)作为京沪快速客运通道,线路由北京南站至上海虹桥站,全长 1 318 km,纵贯北京、天津、上海3大直辖市和冀鲁皖苏4省,是我国“四纵四横”客运专线网的其中“一纵”,也是我国《中长期铁路网规划》中投资规模大、技术水平高的一条线路。京沪高铁是新中国成立以来一次建设里程长、投资大、标准高的高速铁路,于2008年4月18日正式开工建设,2011年6月30日通车运营。本文将对京沪高铁供电系统中华苑牵引变电所的3起跳闸故障进行分析。
1 华苑牵引变电所简介
京沪高铁华苑牵引变电所(以下简称华苑)位于天津辖区内,采用全并联AT供电方式(图1),北京方向供电臂包含曹庄AT所(以下简称曹庄)和双口分区所(以下简称双口),于2011年正式送电开通。
图1 华苑变电所供电方式示意图
华苑变电所北京方向供电臂除向京沪正线供电外,还承担着为京津联络线供电的任务,其供电示意如图2所示。其中曹庄AT所W01和W02常闭,供01和供03常闭,京津联络线W131和W132常开。
图2 华苑变电所北京方向供电示意图
2 故障情况
华苑牵引变电所及相关北京方向所亭于2017年初连续发生3起跳闸故障,分别为:
(1)2017年1月17日,曹庄AT所273阻抗保护Ⅰ段跳闸,故障原因为和谐号列车在京津联络线过分段W131时,由于分段两侧压差造成跳闸;
(2)2017年2月27日,曹庄AT所273、274阻抗保护Ⅰ段跳闸,故障原因为和谐号列车在京津联络线过分段W132时,由于分段两侧产生压差造成跳闸;
(3)2017年4月2日,曹庄AT所271、272失压跳闸,273、274阻抗保护Ⅰ段跳闸,华苑变电所211、212阻抗保护Ⅰ段跳闸,故障原因为京沪正线上出现异物造成接地短路。
以上3起跳闸都造成曹庄AT所W02接触网隔离开关(以下简称网隔)机构箱浪涌保护器和电源空气开关烧毁。
结合上述故障信息可看出,2017年4月2日跳闸事件故障点在京沪正线上,曹庄AT所273、274也同时跳闸;3起跳闸事件均造成曹庄AT所网隔W02浪涌保护器和电源空气开关烧毁。
3 故障分析
(1)针对故障点在京沪正线上,曹庄AT所273、274同时跳闸的分析。
经调查,2017年4月2日华苑211、212阻抗I段跳闸,曹庄271、272失压跳闸,273、274电流速断跳闸,3处跳闸均重合闸成功。华苑211、212,曹庄271、272跳闸均为正常保护动作。2017年1月17日和2月27日在分段处受电弓由于W131和W132两侧电压差发生跳闸后,为了避免分段处两侧电压差,将供电联络线隔离开关W131和W132的原常开状态改为常闭状态,故障电流可经由华苑223开关通过曹庄分区兼开闭所231、242和243开关及曹庄AT所的273、274开关,所以当正线发生故障时3个所的开关都会动作。
由供电示意图(图2)可知,网隔W131、W132由常开改成了常闭,产生2个严重后果:
a.当网隔W131、W132处于分位时,2个分段内任一侧发生故障,不会影响另一侧的正常运行;当均处于合位时,2个分段构成了一个完整的整体,如果区段任一点发生故障,必将先引起曹庄273、274跳闸,然后华苑211、212跳闸,因此扩大了故障范围。
b.由于采用AT全并联供电方式,理想状况下的吸上电流法故障测距原理如图3所示。
图3 AT供电方式下的吸上电流比法
故障距离及漏抗计算式为
当网隔处于合位时,正常供电臂上多了一个大的电流分支,造成故障测距计算(吸上电流比法)误差过大,影响故障点的查找。
综上所述,网隔W131、W132应保持常开状态。
(2)针对3起跳闸均引起曹庄AT所网隔W02浪涌保护器和控制电源空气开关烧毁的分析。
由于AT供电系统的特殊性,理论上各所回流的80~90%经PW线或NF线回流,10~20%经地网和其他途径回流。京沪高铁变电所、AT所和分区所监测数据表明,地回流约占总回流的25%,基本符合理论要求。
京沪高铁AT区段未设回流NF线,PW线起回流线作用,且PW线支柱底座为非绝缘型。另外,京沪高铁全线设有扼流变压器,PW线回流均经扼流变压器通过吸上电流线流回各供电所亭,以抵消正线的电磁干扰。流经两钢轨的牵引电流在轨道绝缘处,因上、下线圈中产生的磁通相等但方向相反,总磁通等于零,其对次级线圈的信号设备不产生任何影响。信号电流因极性交叉,在2台扼流变压器中点处电位相等,故不会越过绝缘节流向另一轨道电路区段,而流回本区段,在次级线圈感应出信号电流。扼流变压器结构如图4所示。
图4 扼流变压器结构
因此,经综合判断该故障发生的可能原因为:网隔W02浪涌保护器本身存在缺陷且PW回流通道连接效果较差。如果PW线回流路径存在问题,将造成接地网和其他途径的回流比加大。当机车或故障点电流不是由曹庄AT所主供时,因电流很小,对其缺陷浪涌保护器影响较小。但如果发生故障且距曹庄所最近时,即故障电流大部分由曹庄所提供时,故障产生的大电流无法正常通过PW线回流,绝大部分由综合接地网流回所亭,但由于曹庄网隔W02的流涌保护器存在缺陷,且故障电流总量很大,因此会对浪涌保护器造成影响,导致浪涌保护器和电源空气开关烧毁。
检修人员于2017年4月15日对曹庄AT所的集中接地箱数据进行了长时间采集,得到地回流占总回流的85%,据此证明了以上分析的正确性。
经天窗点内上线检查发现,曹庄所回所扼流变压器到集中接地箱电缆接头处锈蚀严重,打磨处理后,测得所内地回流和总回流比值恢复正常,同时对曹庄AT所网隔W02整组4支浪涌保护器进行了更换。在该供电臂方向,故障点在曹庄AT所附近发生故障跳闸后,整改效果的有效性得到验证。
4 结语
京沪高铁作为中国高铁的标准样板,社会影响和政治影响重大,因此在运营维护中出现的各种问题都应该引起技术人员的高度重视,进行系统的分析归纳,不断总结和积累经验,以确保高铁供电安全稳定。
[1] 李群湛,贺建闽. 牵引供电系统分析[M]. 成都:西南交通大学出版社,2007.
[2] 李群湛,连级三,高仕斌. 高速铁路电气化工程[M]. 成都:西南交通大学出版社,2006.
[3] 谭秀炳. 交流电气化铁道牵引供电系统[M]. 成都:西南交通大学出版社,2002.
Analysis of causes is made for three tripping faults in Huayuan traction substation of Beijing-Shanghai high speed railway; by implementation of measures for improvement, it is verified that the analysis is correct.
AT power supply; Beijing-Shanghai high speed railway; analysis of tripping; suck current ratio
U226.8+1
B
1007-936X(2018)02-0094-02
2017-05-02
10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.025
李 瑞.中铁电气化局集团京沪高铁维管公司天津维管段,工程师;肖世辉.中铁电气化局集团京沪高铁维管公司天津维管段,工程师。