支線接觸網故障分析與智能切除裝置的應用

陳廷柱，張金勝

0 前言

北同蒲線作為大秦鐵路重載運煤專線的裝煤源頭，每年承擔大秦線60%以上的運煤量。隨著大秦線運煤量的持續增長，北同蒲線增加了大量的萬噸、2萬噸煤炭專用線。由于煤專線裝煤機械較多、絕緣子污染嚴重，接觸網故障率較高，給北同蒲正線的供電帶來較大的隱患。一旦煤專線發生接觸網故障，直接影響到北同蒲正線的運輸秩序。同時，由于煤專線數量多，給故障跳閘后的判斷和處理帶來前所未有的難度。

1 北同蒲線煤專線接觸網現狀及存在問題

大同西供電段負責北同蒲線韓家嶺至寧武段169正線公里的接觸網線路運營維護管理，由于北同蒲線上引接幾十條煤專線，且各煤專線的接觸網配置標準參差不齊，使得接觸網跳閘后故障的判斷和處理十分困難。

1.1 北同蒲煤專線接觸網現狀

（1）煤專線數量較多。目前，北同蒲線大同西供電管內設置變電所4座，20個供電臂，其中有煤專線的供電臂15條，共分布著33條煤專線，平均每個供電臂上分布著2.2條煤專線，呈樹狀分布，其中大部分供電臂上分支著3～4條煤專線。部分供電臂上煤專線分布數量見表1。

表1 北同蒲線部分供電臂煤專線分布數量表

（2）煤專線接觸網配置標準參差不齊。目前，北同蒲煤專線由于修建于不同的時期，接觸網線索配置類型較多，具體配置情況見表2。

表2 北同蒲線部分煤專線接觸網線索配置表

1.2 北同蒲煤專線故障判斷及切除方法

（1）故障的判斷。通過變電所故標裝置進行測距判斷。目前故標裝置的計算方法有2種：一是通過上下行電流比法進行計算；二是通過線路單位阻抗法進行計算。由于北同蒲線煤專線分支多，上下供電臂長短不同等實際情況，因此，采用線路單位阻抗法進行計算比較合適。

（2）故障的切除。通過手動隔離開關或遠程遙控隔離開關將煤專線故障進行切除。

1.3 存在問題及故障案例

（1）存在問題。

a.故障判斷不準確。由于北同蒲線接觸網線路支線較多，接觸網線索類型存在差別，傳統方法測定故障距離是將故障時綜合自動化裝置測定的線路阻抗和故標裝置中設定的單位阻抗進行比較，然后計算故障點距離，該距離與實際的故障距離相差較大，不僅無法正確指導故障查巡，而且還會給故障的查巡和處理帶來誤導。

b.故障查巡難度大。北同蒲線部分車站引接著多條煤專線。該情況下，即使保護裝置測定的故標很準確，相同的阻抗值也會在多條專用線和站場站線同時存在。因此在煤專線發生故障時，故標裝置顯示的故障距離可能有多條專用線和多條站場線路同時符合條件，增加了故障的查巡難度。

c.故障查巡時間長。北同蒲萬噸、2萬噸專運線長度一般在8～10條公里，其中2萬噸煤專線的裝車線在 2 800 m左右，萬噸煤專線的裝車線在1 600 m左右，通常一條煤專線覆蓋巡視一次約2 h。一旦發生故障，僅煤專線內部故障的查巡就需要較長的時間。

d.故障切除困難多。接觸網供電臂跳閘后，接觸網檢修人員在查巡正線故障的同時，安排專人到煤專線手動拉開隔離開關。通常一個供電臂內有3～4條煤專線，故障點明確的煤專線故障從“接觸網跳閘—拉開故障煤專線隔離開關—試送電”一般約需50 min。故障點不明確的煤專線故障從“接觸網跳閘—依次拉開供電臂內煤專線隔離開關—試送電”一般約需70～90 min。

采用遠程遙控隔離開關切除煤專線故障，從跳閘至試送電一般也需15～25 min。

通過以上分析，一旦北同蒲煤專線發生接觸網故障，由于故障判斷不準確、故障查巡難度大、故障查巡時間長、故障點切除困難等實際情況，直接造成北同蒲正線故障延時較長，給供電設備運行管理帶來前所未有的困難。

（2）故障案例。

a.故障概況：2009年2月19日13：34北同蒲線懷仁變電所223開關（懷仁—韓家嶺下行接觸網供電臂）跳閘，阻抗一段動作，重合閘失敗。降弓后13：46試送成功，后續在14：06、14：34、15：13、15：49、16：06連續跳閘 5次，線路上安排大量人員進行巡查，并派人拉開韓家嶺站城區煤專線1#隔離開關后，16：15懷仁變電所223開關試送成功。

b.故障原因：韓家嶺站城區煤專線30#架空地線脫落對平腕臂距離不夠放電引起間歇性跳閘。

該故障從第一次跳閘至最后試送成功共影響北同蒲下行正線的運行209 min，造成的后果極為嚴重。

2 支線接觸網故障智能切除裝置技術原理

接觸網故障智能切除裝置可以徹底解決支線接觸網故障對正線供電造成的影響。當支線接觸網發生故障時，該裝置能準確判定，并自動啟動跳閘，在故障支線與正線之間形成電氣分隔，使正線線路保持正常供電，將故障范圍降至最小。

2.1 技術原理

當支線接觸網發生故障時，通過該裝置內置式電流互感器采集到故障電流，由計算機線路保護測控裝置判斷后，自動啟動單極真空斷路器跳閘，將支線接觸網瞬間電氣切除。同時將故障數據通過遠程無線傳輸模塊經GSM或CDMA網絡傳送到調度指揮中心，調度指揮中心控制端工控機接收故障跳閘信息并啟動故障音響報警。技術原理簡圖如圖1所示。

2.2 系統功能

支線接觸網故障智能切除裝置具有以下功能：

（1）智能監控保護功能。裝置可實時監測支線接觸網運行狀態，當支線接觸網發生故障時，裝置能準確判定，并自動啟動跳閘，在故障支線與正線之間形成電氣分隔。

（2）實現“四遙”功能。實時監測接觸網運行數據，故障情況下能將故障報文傳輸至調度指揮中心端。調度指揮中心可控制高壓斷路器，并對相關控制系統進行參數調試、收集和分析。

圖1 支線接觸網故障智能切除裝置技術原理簡圖

（3）實現“當地、遠方”2種操作方式，便于現場試驗或因遠程信息通道發生問題后進行當地操作。

（4）操作簡單、動作可靠、性能穩定，高自動化、免維護設計。

2.3 硬件組成

支線接觸網故障智能切除裝置由中心端設備和終端設備2部分組成。

中心端設備安裝在調度指揮中心。主要包括工控機、CISCO路由器、TPLINK交換機和CDXB-01短信中心裝置、音響警報裝置。

終端設備安裝在現場。主要包括單極真空斷路器（含內置式電流互感器）、故障智能切除裝置終端控制裝置、電源裝置和免維護蓄電池組。終端設備示意圖如圖2所示。

2.4 軟件結構

支線接觸網故障智能切除裝置控制端軟件有“支線接觸網供電管理 A系統”和“支線接觸網供電管理B系統”2部分組成。

（1）A系統軟件。按照鐵路供電信息管理系統平臺設計原則設計。軟件系統主要由數據處理模塊、數據庫管理模塊、系統管理模塊、數據工程工具、系統服務模塊、應用模塊等6部分組成。

（2）B系統軟件。按照鐵路供電管理系統平臺設計原則設計。系統基本模塊由數據處理模塊、數據庫管理模塊、系統管理模塊、數據工程工具、系統服務模塊等5部分組成。

圖2 支線接觸網故障智能切除裝置終端設備示意圖

2.5 技術特點

（1）采用分散式微機保護裝置與高壓斷路器以及電流互感器相配合，能自動識別和切除支線接觸網故障，徹底解決支線故障對干線運輸的干擾。

（2）依托 GSM 網絡和GPRS網絡構建雙模虛擬無線控制系統，實現遠程無線控制功能，可在調度指揮中心對支線接觸網故障智能切除裝置進行控制和調試，以及相關數據的收集分析。

（3）一次設備與二次設備高度集成，具有安裝方便、高智能型、高適應性、免維護的特點。

3 應用實例

為了有效解決煤專線接觸網故障對北同蒲正線的影響，2008年9月，在北同蒲線懷仁站南窯煤專線、里八莊津生煤專線、東榆林朔貿通煤專線安裝了該裝置，進行為期6個月的試運行。試運行期間3處裝置共跳閘5次，一次是2008年10月26日專用線 7#分段絕緣器絕緣滑道斷裂引起的跳閘；另外4次分別是2008年11月12日懷仁站南窯煤專線裝煤筒倉因噴灑防凍液造成絕緣子重度污染絕緣閃絡跳閘；2008年12月25日里八莊津生煤專線裝載機裝煤時碰撞接觸網跳閘；2009年1月7日、2月16日東榆林朔貿通煤專線防凍液造成絕緣子重度污染絕緣閃絡跳閘。期間因專用線檢修和絕緣子清掃共遠動操作該裝置26次，運行穩定、操作可靠。

2009年以來，大同西供電段在管內北同蒲線的12條煤專線安裝了該裝置，使用效果良好，有效地杜絕了因煤專線故障對正線的影響。

4 結束語

目前，國內已建成電氣化鐵路3.2萬km，占全國鐵路營業總里程的24%，而在電氣化鐵路網絡中，支線分布眾多，支線接觸網故障對正線的影響已經成為正常運輸秩序的主要干擾源。本文通過對北同蒲線接觸網供電特點的分析，提出支線接觸網故障智能切除裝置研究方案。該裝置安裝在正線與支線的分支處，有效地切除支線故障，提高了正線供電的可靠性。隨著國內電氣化鐵路的不斷延伸和提速工程的全面展開，該裝置在提高鐵路技術裝備水平、提高鐵路運輸供電質量、提高鐵路供電管理效率的工作中，將產生明顯的社會效益和經濟效益。

[1]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2003.

[2]支線接觸網故障智能切除裝置技術手冊.北京：誠騁成科技發展有限公司，2009.