高速铁路接触网单供电臂跳闸原因分析及对策

赵玉乾 中国铁路上海局集团有限公司调度所

高速铁路通常采用全并联AT供电方式，在故障发生时，上、下行馈线断路器保护装置均发生保护出口跳闸，当故障为瞬时性故障时，上下行馈线断路器跳闸后均重合闸成功；当上（下）行故障为永久性故障时，跳闸后下（上）行供电臂重合闸成功，上（下）行供电臂重合闸失败。在特殊情况下，发生单供电臂跳闸，给接触网维修人员故障判断和应急处置带来很大干扰，因此分析单供电臂跳闸原因并制定相应措施，对提高故障应急处置效率，保证牵引供电安全可靠运行有着重要的意义。

1 故障概况

**年11月21日9：53，京沪高铁南京南牵引所212DL（南京南京沪场至扬州线路所上行）电流速断跳闸，重合闸成功，南京南牵引所211DL（南京南京沪场～扬州线路所下行）保护未动作，故障报文见表1。

接触网跳闸后，抢修人员通过添乘动车组、线下巡视均未发现明显异常。

表1 南京南牵引所212DL跳闸故障报文

2 原因分析

2.1 全并联AT供电方式保护原理

全并联AT供电方式，牵引变电所馈线通常设置距离保护、电流速断保护、过电流保护和电流增量保护，其中距离保护（阻抗I段）为主保护，保护供电臂全长；AT所、分区所馈线设置失压保护。

通常故障发生时，若系瞬时性故障，保护动作时序如下：牵引所上、下行馈线保护阻抗I段延时0.1 s跳闸，1.1 s后AT所、分区所断路器失压跳闸，2.1 s后牵引所馈线重合闸动作，3.1 s后分区所断路器检有压重合，4.1 s后AT所断路器检有压重合，恢复正常供电。若系上（下）行永久性故障时，跳闸后下（上）行供电臂重合闸成功，上（下）行供电臂重合闸失败，此时AT所、分区所解列运行，由全并联AT供电改为直接供电方式。

根据保护原理，在上（下）行发生单供电臂跳闸后，线路由并联的下（上）行供电臂供电，电流燃弧未熄灭，在达到保护定值时，下（上）行馈线断路器也应该发生跳闸。

2.2 保护动作分析

南京南牵引变电所211DL、212DL馈线保护装置速断定值为3 000 A，时限60 ms，阻抗Ⅰ段时限100 ms，过流定值为2 750 A，时限 600 ms。

图1 212DL馈线保护延时70 ms时录波

结合表1、图1所示，在故障发生时，212DL馈线电流为4969.23 A，超过保护定值3 000 A，212DL电流速断保护动作跳闸，此刻线路由211DL提供电流，电流燃弧未熄灭，直到保护延时70 ms时，线路上短路故障消除（录波如图1所示）。211DL虽然达到阻抗Ⅰ段动作值，但由于未达到阻抗Ⅰ段100 ms的时限而返回，因此保护装置只有211DL保护启动记录，并没有出口动作。

2.3 故障数据分析

南京南牵引所212DL跳闸时，牵引所、AT所、分区所电流分布如图2所示。根据故障测距原理，最大两个电流所在AT段即为故障点所在区段。通过比较牵引所、AT所、分区所的吸上电流，判断故障点在第一区段上行。

图2 故障电流分布图

结合图2故障电流分布所示，可以看出牵引所、AT所、分区所电流分布均衡，排除了所亭接线错误可能性。

按照吸上电流比测距原理计算故障点距离：

故此，确认故障点在第一AT区段，验证了之前的判断。

确定故障区段后，调取视频发现，在故障发生时，故障点附近G1232次动车组车顶有放电现象，待动车组进库检查后确认系动车组主变压器一次侧设备故障引起跳闸。

根据现有动车组运行条件下，动车组发生故障时，动车组主断路器会自动分闸，由于接触网馈线阻抗Ⅰ段保护动作时限为0.1 s，动车组故障切除时间与馈线保护时限接近，导致馈线保护动作跳闸。在切除动车组故障后，非故障馈线在故障发生2.1 s后启动重合闸，而另一行馈线由于远端阻抗较大，电流未达到保护值，且故障切除时间短，从而引起单供电臂跳闸。

相同的情况还发生在金温线。

**年4月23日20：05，金温线青田牵引所213DL阻抗Ⅰ段跳闸，重合闸成功，故障距离2.77 km，公里标K147+545。接触网运行人员在添乘动车组和线下巡视未发现异常后，调取综合视频，发现跳闸时九华山隧道口附近有放电现象，当时G7623次列车正通过公里标K147+987附近。

后续追踪该车辆信息，确认是动车组主变压器一次侧大A端子故障引起跳闸（再结合4月24日杭甬高铁673、674单元以及4月26日徐州东动车存车场03单元跳闸检查结果，确认系同一辆动车组CRH380CL-5622）。

根据现有运行经验，除动车组运行至牵引所近端附近发生故障引起单供电臂跳闸外，还有过负荷原因也会引起单供电臂跳闸。在过负荷情况下，近端供电臂馈线电流率先达到保护定值而发生跳闸，并联的远端供电臂因线路阻抗较大，电流值未达到保护定值而未发生动作。在近端馈线跳闸后，由并联的远端馈线提供电流，随着动车组运行前进，或者由于下坡加速等原因，并联的远端馈线电流达到保护定值，会发生上下行供电臂先后跳闸情况。

结合多年的经验积累，已总结出比较可靠的判断方法，用以指导过负荷跳闸快速判断和处置。根据《中国铁路上海局集团有限公司高速铁路接触网故障抢修实施细则》（上铁供〔2018〕116号文）得出过负荷判断条件如下：

（1）发生T-R故障；

（2）电压20kV以上或合成电压40 kV以上；

（3）T、F合成电流值在馈线过流保护定值左右（过流保护动作时电流不小于保护整定值，阻抗保护动作时电流一般在过流保护整定值±100 A左右）；

（4）阻抗角在20度以内；

（5）供电臂内有动车组运行。

3 对策

（1）在发生单臂跳闸后，首先根据故障报告信息判断故障类型、地点,按照图3所示流程图处置。

（2）对于经常性过负荷线路，可以联系运输部门，重新核对运输能力，合理设计列车运行间隙，必要时修改保护定值，或对枢纽地区牵引变压器、供电设备进行增容升级改造。

（3）针对动车组故障，积极与动车段建立共享机制，可以结合6C系统和车载无线研发故障实时报告系统，做到故障追踪及时准确。

（4）针对故障车型，对关键设备进行全面排查，处理隐患缺陷。

图3 单供电臂跳闸处置流程

4 结束语

在现有全并联AT供电方式继电保护条件下，接触网发生故障时，牵引所上、下行馈线断路器均会动作跳闸。而在特别情况下发生的单供电臂跳闸，给供电安全可靠性带来很大影响。本文针对单供电臂跳闸原因进行了分析研究，总结出引起单供电臂跳闸的几种可能原因，制定相应对策，为单供电臂跳闸进行故障判断和处置提供参考，提高故障判断和应急处置效率。