某高鐵單元跳閘分析研究

劉玉華

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所，上海 200441）

接觸網(wǎng)是沿鐵路上方架設(shè)的一條特殊形式的輸電線(xiàn)路，其作用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機(jī)車(chē)或者動(dòng)車(chē)組，是鐵路電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一。同時(shí)，接觸網(wǎng)又是獨(dú)一無(wú)二的供電線(xiàn)路，無(wú)備用線(xiàn)路，接觸網(wǎng)能否正常供電，對(duì)鐵路的安全運(yùn)輸起著至關(guān)重要的作用。接觸網(wǎng)一旦發(fā)生跳閘斷電，將直接中斷鐵路線(xiàn)路旅客列車(chē)正常運(yùn)行，對(duì)企業(yè)的運(yùn)輸安全和效益將造成影響。

1 應(yīng)急處置概況

2019 年8 月9 日、8 月18 日，×× 牽 引 所215DL、216DL（××高鐵5103、5104 單元）發(fā)生多次F-R、T-F 類(lèi)型故障跳閘，5103 單元均重合失敗，5104 單元重合成功，現(xiàn)場(chǎng)雷雨大風(fēng)天氣。故障發(fā)生后，電調(diào)根據(jù)《高速鐵路接觸網(wǎng)F 線(xiàn)故障應(yīng)急處置流程圖》，迅速斷開(kāi)××牽引所5103單元上網(wǎng)點(diǎn)F 線(xiàn)單極開(kāi)關(guān)，切除5103 供電單元，并退出××分區(qū)所AT 變，進(jìn)行強(qiáng)送電，強(qiáng)送電成功，線(xiàn)路恢復(fù)正常運(yùn)行。強(qiáng)送電成功后，因跳閘故障報(bào)文顯示牽引所總吸上電流為零，故障測(cè)數(shù)據(jù)不可靠，當(dāng)班電調(diào)并未采用故障報(bào)文中的故障測(cè)距數(shù)據(jù)，而是根據(jù)故障報(bào)文中的F 線(xiàn)電抗數(shù)值以及故障報(bào)文中電流數(shù)據(jù)，利用兩種不同的方法計(jì)算出理論公里標(biāo)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)查找故障點(diǎn)，于天窗點(diǎn)內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備受損情況

供電設(shè)備管理單位線(xiàn)下巡視未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，天窗點(diǎn)內(nèi)上道巡視發(fā)現(xiàn)××場(chǎng)-××線(xiàn)路所下行L3-64#支柱（K4+849）AF 線(xiàn)引線(xiàn)與PW 線(xiàn)間有放電痕跡?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況如圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況

供電設(shè)備管理單位檢修人員截短AF 線(xiàn)引線(xiàn)，恢復(fù)正常供電，后續(xù)時(shí)間內(nèi)再無(wú)此類(lèi)跳閘故障發(fā)生。

3 跳閘數(shù)據(jù)計(jì)算分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況

通過(guò)查詢(xún)供電示意圖圖2，可以得知，××分區(qū)所下行上網(wǎng)點(diǎn)公里標(biāo)為K4+847，上行上網(wǎng)點(diǎn)公里標(biāo)為K4+950，故障報(bào)文公里標(biāo)為K4+850。

圖2 供電示意圖

3.2 上下行電流比原理分析（圖3、4）

圖3 錯(cuò)誤的電流路徑圖

圖4 正確的電流路徑圖

該模型以鐵軌代表PW 線(xiàn)、架空地線(xiàn)、大地等回流系統(tǒng)；按相別將上下行T 線(xiàn)放一側(cè)，上下行F 線(xiàn)放一側(cè)；在子所1和子所2，上下行T 線(xiàn)、上下行F 線(xiàn)分別先并聯(lián)再通過(guò)自耦變電氣相連。該模型突出了全并聯(lián)AT 的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了不必要的部分，特別方便對(duì)負(fù)荷和短路電流進(jìn)行分析。

當(dāng)動(dòng)車(chē)沿下行供電臂從牽引所向子所1 運(yùn)行，牽引所下行T 線(xiàn)電流最大，然后逐漸減小；上行T 線(xiàn)通過(guò)AT 所的并聯(lián)DL 迂回供電且電流逐漸增大；上下行F 線(xiàn)電流基本相等且逐漸增大，在子所1 先并聯(lián)再經(jīng)自耦變轉(zhuǎn)換后迂回供電。子所1 的4 條饋線(xiàn)電流均逐步增大，下行T 線(xiàn)電流最大且等于其他三線(xiàn)之和，上下行F 線(xiàn)電流基本相等。

根據(jù)故障報(bào)文中的變電所測(cè)距數(shù)據(jù)，繪制出了圖3所示的電流路徑走向，結(jié)合基爾霍夫電流定律，可以很明顯地判斷出電流數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或者錯(cuò)誤。因牽引所饋線(xiàn)電流一般由流互采集后傳送至保護(hù)測(cè)控裝置，數(shù)據(jù)比較可靠，則可利用。根據(jù)牽引所上下行電流及分區(qū)所相關(guān)可靠數(shù)據(jù)，故牽引所總饋出電流I 總＝牽引所IT 上+IT 下+IF 上+IF 下=949+902+1668+1231=4750A， 短 路 電 流 ID=1048+3699=4747A，可以推出圖4 正確的電流配置路徑圖，該圖同時(shí)也符合基爾霍夫電流定律，屬于正確的電流分布。

5103 單元供電臂總長(zhǎng)度L=450.5+4918+471+1516+12966=20321 米，又上行饋出電流I 上=1231+949=2180A，下行饋出電流I 下=902+1668=2570A，則利用上下行電流比測(cè)距原理可得故障點(diǎn)距離：[2180÷（2180+2570）]×L×2=18652米,根據(jù)計(jì)算出的距離減掉牽引所供電線(xiàn)長(zhǎng)度,再利用上網(wǎng)點(diǎn)公里標(biāo)為參考點(diǎn),可以計(jì)算出故障點(diǎn)公里標(biāo)為:17815-(18652-450-4918)=4531, 即故障點(diǎn)公里標(biāo)為K4+531, 而5103、5101 單元分相中心里程為K4+560，則實(shí)際故障點(diǎn)的位置存在兩種可能：一是故障點(diǎn)越過(guò)分相定位到了5101 單元，二是故障點(diǎn)位于分區(qū)所上網(wǎng)點(diǎn)以下供電線(xiàn)269 米處，很顯然第一種可能不存在。

3.3 阻抗原理分析

根據(jù)××高鐵接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，可以查出5103 供電單元F 線(xiàn)單位電抗為0.425Ω，電纜供電線(xiàn)單位電抗為0.2Ω，架空供電線(xiàn)單位電抗為0.361Ω。根據(jù)分相技術(shù)資料，可以查詢(xún)到××牽引所5103 單元電纜長(zhǎng)度為450.5 米，架空線(xiàn)長(zhǎng)度為4918 米；××分區(qū)所電纜長(zhǎng)度為471 米、架空線(xiàn)長(zhǎng)度為1516.35 米。通過(guò)接觸網(wǎng)供電示意圖，可以得知××牽引所5103 單元上網(wǎng)點(diǎn)公里標(biāo)為k17+815,××分區(qū)所F 線(xiàn)3731F 單級(jí)隔開(kāi)上網(wǎng)點(diǎn)支柱L3-66#支柱公里標(biāo)為K4+849。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算：牽引所供電線(xiàn)電抗為：0.425× 0.2+0.361×4.918=1.865498Ω。根據(jù)故障報(bào)文中F-R 一次電抗值7.69Ω

可得出線(xiàn)路距離為：（7.69-1.865498）/0.425=13.7047，故障公里標(biāo)為：17.815-13.7047=4.1103，與故障報(bào)文的位置誤差為700 米左右,誤差稍微有點(diǎn)大，但也能接受。

將阻抗法計(jì)算出的故標(biāo)值與上下行電流比計(jì)算出的故標(biāo)值對(duì)比，可以算出兩者之間差值為450 米。兩種原理方法雖然不同，但計(jì)算出的故障點(diǎn)直指上網(wǎng)點(diǎn)或分區(qū)所的供電線(xiàn)。

根據(jù)《牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置及整定計(jì)算導(dǎo)則》4.1.11 條，當(dāng)饋線(xiàn)保護(hù)裝置具備電抗法測(cè)距功能時(shí)，測(cè)距分段點(diǎn)數(shù)不應(yīng)小于8，分段電抗值應(yīng)為保護(hù)安裝處到各分段點(diǎn)的電抗一次值，分段距離應(yīng)為保護(hù)安裝處到各分段點(diǎn)的公里數(shù)，故障測(cè)距報(bào)告中的故障距離應(yīng)為保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的公里數(shù)（含供電線(xiàn)），故障點(diǎn)在供電線(xiàn)上時(shí)故障公里標(biāo)應(yīng)為上網(wǎng)點(diǎn)公里標(biāo)，故障點(diǎn)在線(xiàn)路上時(shí)故障公里標(biāo)應(yīng)為故障點(diǎn)的公里標(biāo)。故根據(jù)計(jì)算出的故障距離，可以推測(cè)出故障點(diǎn)位于分區(qū)所上網(wǎng)點(diǎn)附近，或者位于分區(qū)所供電線(xiàn)范圍內(nèi)，后續(xù)故障查找也驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述兩種原理方法計(jì)算，與故障測(cè)距裝置利用的吸上電流比法計(jì)算出的故標(biāo)值對(duì)比，三者的數(shù)據(jù)差值不大，故障點(diǎn)直指分區(qū)所上網(wǎng)點(diǎn)或者供電線(xiàn)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障點(diǎn)的誤差在允許范圍內(nèi)，也驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

（1）當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，作為指揮人員，首先要查看清楚故障報(bào)文，在沒(méi)有其他可靠信息的前提下，要相信故障測(cè)距裝置給出的故標(biāo)位置，以此指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理單位查找故障點(diǎn)，并第一時(shí)間恢復(fù)供電恢復(fù)列車(chē)正常運(yùn)行。

（2）故障報(bào)文數(shù)據(jù)不可靠或者故障報(bào)文數(shù)據(jù)有問(wèn)題的情況下，可以利用其中比較可靠的數(shù)據(jù)，通過(guò)上下行電流比或者阻抗法迅速計(jì)算出故障點(diǎn)位置，以此指導(dǎo)設(shè)備管理單位查找故障點(diǎn)。

（3）通過(guò)分析故障報(bào)文數(shù)據(jù)，根據(jù)KCL 定律判斷出數(shù)據(jù)不可靠，則應(yīng)該從流互的一次設(shè)備、二次設(shè)備，保護(hù)測(cè)控裝置等方面入手查找問(wèn)題，查找出故障的根源，防止今后的故障測(cè)距不準(zhǔn)或者其他故障。

（4）故障處置也需改進(jìn)。供電設(shè)備管理單位僅僅截短了相關(guān)過(guò)長(zhǎng)的引線(xiàn)，但未對(duì)放電損傷點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。供電設(shè)備管理單位應(yīng)該根據(jù)引線(xiàn)損傷程度進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)處理。