高速鐵路接觸網故障測距的分析

錢平慎

0 引言

隨著京津線、武廣線、鄭西線、京滬線等高速鐵路的相繼開通運營，國內高速鐵路發展和高速鐵路安全備受全社會關注。尤其是接觸網一旦發生供電事故、故障，導致動車組停車，會嚴重干擾正常運輸秩序，造成不良的社會影響。因此，實現接觸網故障的精確定位，對于快速排除故障，縮短故障搶修時間，減小不良社會影響具有十分重要的意義。本文以長吉城際鐵路AT 供電故障測距為例，通過對故障測距的分析，結合開通運營以來的故障測距數據，提出了關于故障測距的幾點體會。

1 AT 供電方式故障測距

1.1 故障測距概況

長吉城際鐵路是沈陽鐵路局第一條采用AT 供電的高速城際電氣化鐵路，連接長春、吉林2 座城市及龍嘉機場車站。長吉城際鐵路目前采用上下行獨立供電。雙吉—吉林城際場供電方式為直供加回流。拉拉屯分區所—長春站目前為直供加回流方式，由西營城子牽引變電所通過拉拉屯分區所所內越區供電，待哈大客運專線開通后由長春西牽引變電所供電，恢復AT 供電方式。雙吉牽引變電所上網點—拉拉屯分區所分相點為AT 供電方式。供電方式不同，所采取的故障測距方法也不同。AT 供電方式故障測距采用的是中性點吸上電流法，而直供加回流方式故障測距采用的是電抗法。

長吉城際鐵路在各變電所、AT 所、分區所配置了WCK-892GC 型AT 故障測距裝置，基于遠動通道實現數據采集，由變電所饋出線處的測距裝置進行測距運算，能對牽引網故障類型（T-R、F-R、T-F）和故障方向（上下行）進行判斷。

1.2 故障測距原理

變電所常用的接線方式如圖1 所示。

圖1 變電所常用接線方式示意圖

當接觸網發生故障時，牽引變電所饋線斷路器及AT 所、分區所斷路器跳閘，然后牽引變電所饋線斷路器重合，若瞬時性故障，重合成功。AT 所、分區所斷路器通過檢壓合閘或電調遠動合閘。變電所、AT 所、分區所三處的吸上電流分別為

判斷方法：首先找到各處AT 吸上電流最大值max（Iat0、Iat1、Iat2），并尋找相鄰AT 吸上電流，判斷吸上電流次大值處AT 位置，確定故障區段，計算吸上電流比Q = Iat(n+1)/ (Iat(n)+ Iat(n+1))，然后計算實際故障位置。

2 AT 供電方式下故障測距失效原因分析

2.1 AT 變壓器未投入

由于吸上電流法需要根據牽引所及AT 所、AT分區所吸上電流的大小判斷故障距離，如果AT 變壓器未投入，牽引變電所無法采集吸上電流進行AT 法測距計算。

2.2 AT 所或AT 分區所通道故障

在故障發生時，AT 所或AT 分區所由于通道故障未及時將故障電流數據回傳至牽引變電所，導致牽引變電所AT 故障測距裝置無法根據吸上電流判斷故障距離。這時故測裝置給出的故障距離都是3 km。

2.3 越區供電時相鄰供電臂故障

當某所越區供電至相鄰所時，在鄰所供電臂發生故障時，該供電臂AT 所及AT 分區所的故障電流會回傳至相鄰牽引變電所，而不回傳至該所，導致故障測距裝置無法正常工作。

2.4 接觸懸掛或正饋線斷線

當正饋線或接觸線發生斷線故障時，由于故障時的供電方式發生變化，AT 變壓器因缺相而無法正常工作，導致故障時無吸上電流，此時牽引變電所內相關饋線斷路器跳閘，故障測距裝置僅接收到該所故障電流，而造成故障測距不準確，嚴重時誤差可達1 個AT 間隔。如2011 年7 月5 日，長吉城際鐵路西營城子牽引變電所212#斷路器跳閘，故障原因是3002#開關引線斷線，由于供電方式改變，實際故障距離是K32＋068，而故標給出的距離是K42＋661，相差約10 km。

2.5 參與故障測距的電流互感器發生故障

吸上電流法是根據故障時牽引變電所牽引變壓器及相關饋線的AT 變壓器吸上電流的大小判定故障距離，當相關電流互感器發生故障時，會導致故障測距裝置無法正常工作。

2.6 故障測距裝置自身故障

由于故障測距裝置本身發生故障，無法進行故障測距計算，導致故障測距失效。

3 關于故障測距的幾點體會

總結分析長吉城際鐵路開通以來發生的各次跳閘故障測距給出的故障距離、故障類型、故障電流以及實際故障地點，對提高故障測距精度、判斷故障地點、合理確定故障處理方式等方面，有如下體會。

3.1 積累數據及時修正參數

要提高故障測距精度，應在聯調聯試期間對所有供電臂進行起點金屬性和非金屬性以及末端金屬性短路試驗，根據實驗數據，修改故障測距中設置的各項參數，提高故障測距裝置的精度。在開通運營后，要注意總結積累每次跳閘后的故障測距距離、實際故障距離以及電流參數，及時修改故障測距參數，提高故障測距精度。以F 線故障為例，雙吉牽引變電所211#饋線短路試驗數據見表1，F 線故障測距距離與實際距離相差424 m。2011 年10月18 日，雙吉牽引變電所211#斷路器發生跳閘，故障類型F 線，故標距離K82＋416，實際距離K82＋243，誤差只有173 m。

表1 雙吉牽引變電所211#饋線F 線短路試驗數據表

3.2 根據故障電流判斷故障地點

對多次跳閘的數據進行分析，當故障測距裝置由于各種原因造成誤報（即報出無效數據）時，可以根據各牽引變電所、AT 所、分區所吸上的故障電流大小以及AT 所、分區所斷路器跳閘情況，對故障區段及故障類型進行初步判定。當多次跳閘重合，且故障測距給出的電流數值及故障類型基本相同時，可以判斷多次跳閘的原因一定是同一地點供電設備引起的。

以長吉城際雙吉牽引變電所212#斷路器2011年3 月13 日和4 月6 日發生的2 次瞬間跳閘故障為例（表2），2 次故障各種電流基本一致，根據牽引變電所和AT 所1 吸上電流，可以判斷故障點在雙吉牽引變電所和AT 所1 之間，且距雙吉牽引變電所較近。最后經檢查，故障點在K93＋660，是由于該處正饋線與保護線弛度不合適，在大風天氣時擺動，絕緣距離不足導致放電引起跳閘，故障點距離雙吉牽引變電所只有1 400 m。

表2 雙吉牽引變電所212#斷路器跳閘數據表 單位：A

3.3 結合故障錄波判斷故障類型

有時故障測距裝置給出的故障數據及故障類型與實際故障原因并不相符，需要結合故障錄波曲線進行分析判斷。如2012 年4 月10 日，雙吉牽引變電所212#斷路器發生跳閘，自動重合成功，故障測距裝置給出的故障類型為TF 型。通過查看牽引變電所WGL-800 波形分析系統，雙吉牽引變電所212#饋線故障波形如圖2 所示。故障發生時，只有F 線電流增大，T 線電流沒有變化，大約0.02 s 后T 線電流才開始增大。因此，從波形上分析，該次跳閘應是F 線短路引起。通過故障查找最終證實，該起故障是異物搭接導致F 線短路，弧光又將F線與T 線短接，造成TF 線故障。

圖2 212#饋線故障波形圖

3.4 故障測距的重召

當測距裝置在故障發生后，若判定某一所通道故障時，會發出自動重召命令，對故障后的數據進行重召，此時，若通道恢復，則給出新的故障測距數據，可能與上一次給出的數據不同，故障查找時，應以重召給出的故障距離為準。

3.5 F 線故障

當牽引變電所發生跳閘故障，如重合閘不成功，且故障測距裝置給出的故障類型為F 型，可以將該供電臂F 線切除，退出AT 變壓器，變為直供方式，恢復列車正常運行。根據長吉城際列車運行圖，當牽引變電所采用直供方式后，末端網壓仍然不低于26 kV，完全能夠滿足動車運行需要。

3.6 AT 測距法失效采用阻抗法測距

AT 供電方式正常采用吸上電流法進行故障測距，但通過實際運行和前面的分析，許多情況下AT 測距法失效，尤其是當正饋線或接觸線發生斷線故障時，AT 故障測距失效，故標距離與實際距離相差太大，影響故障查找和搶修。因此，必須在AT 測距法失效的情況下，投入阻抗法測距。

牽引變電所、AT 所、分區所各個特殊點發生故障，該點吸上電流遠遠大于其余地點的吸上電流，且在AT 所及AT 分區所附近短路時，由于該處離AT 變壓器較近，由該AT 變壓器吸上電流經T 線和F 線返回牽引變電所，此時T 線與F 線吸上電流占故障電流的比例較大，且大小基本相同，故在牽引變電所報出的故障類型多為未知或TF 型，此時，只有將該所的吸上電流綜合考慮，才能判定具體故障類型。

4 結束語

本文結合長吉城際鐵路供電設備運行情況，對AT 供電方式故障測距進行了分析，對提高故障測距精度和故障查找的一些體會進行了闡述。提高故障測距精度，必須在運行過程中，不斷積累故障數據，不斷對故障測距裝置進行修正，并在實際故障查找過程中不斷積累經驗。

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