AT供电方式接触网上下行电流比故障测距探讨

2020-11-05叶春晖中国铁路上海局集团有限公司杭黄铁路有限公司

上海铁道增刊 2020年2期

叶春晖中国铁路上海局集团有限公司杭黄铁路有限公司

电气化铁路电力牵引供电系统因设备和变压器接线方式的不同，主要包括直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式及CC供电方式。自上世纪60年代日本新干线AT供电方式投入运营以来，AT供电方式因其良好的供电性能和防干扰效果，逐渐替代了BT供电方式，并伴随世界电气化铁路的高速发展而迅速传播。本文主要对变压器VX接线下的AT牵引供电方式原理及接触网上下行电流比短路故障测距方法进行探析。

1 VX接线牵引变压器

电气化铁路三相-两相制式VX接线牵引变压器是VV接线和AT方式纯单相接线的技术整合，由两台AT供电的单相三绕组变压器组合而成，AT供电方式单相牵引变压器二次侧双绕组。AT供电方式单相牵引变压器绕组联结如图1，VX变压器接线如图2。

图1 AT单相变压器绕组联结示意图

从图1AT单相变压器绕组联结示意图可以看出，变压器次边为双绕组（每组绕数相同），其中*表示同名端（也叫同极性端），低压侧出线端子标志为a1、x1、a2、x2，将x1、a2连接后接钢轨和接地网，其他两端分别接入接触导线和正馈线；或将a1、x2连接后接钢轨和接地网，其他两端分别接入接触导线和正馈线。通过AT供电单相三绕组变压器原、次边绕组线圈同名端及不同组合联结方式设计，x1、a2或a1、x2馈出电压差可达设计的2×27.5 kV。

图2 VX变压器接线原理图

图2 VX接线变压器由两台AT供电方式单相牵引变压器组成，有T1、F1、T2、F2接触网上下行4路馈出端，通过平行布线，分相两侧上下行电压大小相等方向相反，产生的电磁感应相互抵销，降低了对沿线通信设备的干扰。

2 牵引所亭系统布置

图3 VX接线变压器AT牵引供电系统布置

在牵引网中，并联自耦变压器形成的AT供电系统主要包括3种模式，第一种为55 kV模式，在牵引变电所内以及接触网上均设置AT设备，牵引变压器中间不设置抽头；第二种为2×27.5 kV模式，牵引变电所二次侧中间设置抽头，并与钢轨连接，节约了一台AT设备；第三种为新型AT供电方式，该方式下牵引变电所内不设置AT设备，同时牵引变压器不需要设置中间抽头，牵引变电所内无轨道-回流线的布置。本文介绍第二种2×27.5kV模式。VX接线变压器AT牵引供电系统布置如图3。

为整体减少进入电力系统的负序分量，牵引变电所实行换相连接，即轮换接入电力系统的不同相，使得两相邻牵引变电所间的供电分区同相，以保证变电所两边供电分区的分相绝缘器所承受电压值等于牵引网电压。若变电所接入电力系统的CA、AB、CB相，接触网对地电压分别表示为Uca、Uab、Ubc，图3所示牵引所1和牵引所2相邻侧分相绝缘器所承受电压值均为Uca。若牵引所2在与牵引所1相邻侧接入电力系统AB相，则牵引所1和牵引所2相邻侧分相绝缘器所承受电压将是Uca与Uab的相量差，绝对值为

3 接触网上下行电流比故障测距

高速铁路AT供电方式根据线路及通信条件可采用不同测距原理，主要包括AT中性点吸上电流比、横连线电流比和上下行电流比测距原理。AT中性点吸上电流比故障测距原理主要通过故障点两边自耦变压器中性点的吸上电流之比,计算故障点的位置。横连线电流比原理主要根据故障电流分配比例来比较变电所、AT所及分区所3处的横联线电流，计算故障点距离。上下行电流比故障测距原理主要是上行或下行馈线电流与上下行馈线电流之和的比值，其中馈线电流是指上行或下行馈线出口处接触线和正馈线电流之差，以此来计算故障点的位置。

图4 AT所不并联、分区所并联运行

如图4，AT所不并联、分区所并联方式运行下，当接触网ITF1侧某处发生短路故障时，变电所的上下行馈线会同时向故障点提供短路电流。根据电路基本原理，当电压相同时，流经阻抗元件的电流与阻抗大小成反比，根据图4分析则有：

同理，当接触网ITF2侧某处发生短路故障时，可得：

又故障距离大于零，故上下行电流比公式可整理为：

公式中ITF1=IT1-IF1为变电所下行馈出电流，ITF2=IT2-IF2为变电所上行馈出电流；D1为第一AT段距离，D2为第二AT段距离，单位km；L为故障测距距离。上述公式是AT所不并联、分区所并联情况下推导的。在实际运行中，AT所、分区所上下行末端通常均为并联，如图5。

图5 AT所、分区所均并联运行

第一种情况，接触网跳闸故障在变电所和AT所之间，根据电路基本原理，可得上下行电流比公式：

第二种情况，接触网故障跳闸在AT所和分区所之间，根据AT供电方式电流分布特点及电路基本原理，得：

整理得，上下行电流比公式：

公式中ITF3=IT3-IF3为分区所下行馈出电流，ITF4=IT4-IF4为分区所上行馈出电流。根据上下行电流比故障测距方法对1#牵引所和2#牵引所不同AT区段实际接触网跳闸故障案例进行分析。

1#牵引所接触网跳闸故障类型，根据系统故障报文可知为下行T-R故障，故障距离4.66 km，故障测距相关设计定值见表1，故障测距系统报文见表2。

表1 1#牵引所故障测距相关设计定值

表2 1#牵引所故障测距系统报文

依据表2牵引所故障报文数据建立网孔电流分析见图6。

图6 1#牵引所AT供电方式电流分布图

通过分析网孔电流分布可得下行T线节点电流不平衡，总吸上电流和与故障电流基本平衡，接触网短路故障为下行T-R故障，故障点为牵引所与AT所之间，与系统故障类型判断一致。

将相关数据代入式（4）得故障距离:

故障公里标=牵引所公里标+故障距离-修正距离，将数据代入得：

故障公里标=132.104 km。

故障距离和公里标的计算结果与系统判断的故障距离4.660 km和公里标132.100 km基本一致。

2#牵引所接触网跳闸故障类型，根据系统故障报文可知为下行T-R故障，故障距离22.870 km，故障测距相关设计定值见表3，故障测距系统报文见表4。依据表4牵引所故障报文数据建立网孔电流分析见图7。

表3 2#牵引所故障测距相关设计定值

表4 2#牵引所故障测距系统报文

图7 2#牵引所AT供电方式电流分布图

通过分析网孔电流分布可得下行T线节点电流不平衡，总吸上电流和与故障电流基本平衡，接触网短路故障为下行T-R故障，故障点为AT所与分区所之间，与系统故障类型判断一致。

将相关数据代入式（6）得:

故障公里标=牵引所公里标-故障距离-修正距离，将数据代入得：

故障公里标=45.99 km。

故障距离和公里标的计算结果与系统判断的故障距离22.870 km和故障公里标46.100 km基本一致。

需要特别说明的是，在利用接触网上下行电流比法计算故障距离时，因同一牵引所不同供电臂整定值不同，故当先通过网孔电流分析判断故障点在第一AT段还是第二AT段，即故障点是在牵引所至AT所之间还是AT所至分区所之间，其次根据系统显示的故障公里标判断故障点所在供电臂。在实际故障点公里标查找时，利用修正距离进行调整，使其更加符合实际距离。在日常运用中，还需根据现场设备实际情况进行综合分析，如在多股道站场或同一供电单元有不同分支供电臂时，系统判断的故障测距和故障公里标不能同时反映多个分支供电臂的情况，现场人员应多方向同步查找故障点避免留下设备安全隐患。