數據分析法推斷牽引供電系統故障跳閘原因

趙朝蓬

數據分析法推斷牽引供電系統故障跳閘原因

趙朝蓬

綜合自動化系統、SCADA系統為牽引供電系統故障跳閘提供詳細報文，通過數據分析可以快速判斷故障性質、指導現場故障查找、及時組織應急處置，將故障影響降到最小程度。本文以一起一系列牽引變電所故障跳閘為例，展示運用數據分析法推斷供電設備故障跳閘的方法與要點。

綜合自動化系統；供電設備；數據分析法；故障處理

0 引言

目前，綜合自動化系統、SCADA系統、光纖通訊等技術在國內牽引供電系統普遍應用，使得牽引變電所的跳閘數據、開關狀態、電流電壓波形等在變電所、SCADA系統調度端（鐵路局供電調度）、SCADA系統復示端幾乎可以同步查閱。鐵路局供電調度位于供電系統調度指揮的信息中心，充分利用SCADA系統，可以在故障跳閘時快速準確判斷故障性質、指導現場故障查找、及時指揮應急處置，將故障影響降到最小程度。

本文以寧安高鐵聯調聯試中發生的一系列故障跳閘分析為例，展示鐵路局供電調度運用數據分析法推斷故障原因、排查安全隱患的方法與要點。

1 故障概況

（1）2015年8月28日6時11分12秒，弋江牽引變電所1#主變壓器差動保護跳閘，主變互投裝置未啟動，鐵路局供電調度初判后投入2#備用系統運行。鐵路局供電調度詢問列車調度得知，跳閘時有聯調聯試的首列確認列車DJ7001經過繁昌西分區所分相，通知列車試驗人員檢查確認列車受電弓完好后，接觸網送電繼續開車。

（2）7時31分53秒，弋江變電所213DL（繁昌西方向供電臂）和相鄰的銅陵東變電所211DL（繁昌西方向供電臂）同時阻抗Ⅰ段跳閘。鐵路局供電調度得知跳閘時有D55001次動車組經過繁昌西分區所分相，通知列車試驗人員檢查受電弓完好后，接觸網送電繼續開車。調度通知人員到該分相處的圍欄外觀察接觸網是否異常，現場人員匯報無明顯異常。

（3）8時48分47秒，弋江變電所213DL和銅陵東變電所211DL再次同時阻抗Ⅰ段跳閘。繁昌西分區所分相現場駐守人員匯報D56001次動車組經過時，該六跨關節式分相處有火球，外觀無明確缺陷。鐵路局供電調度通知列車試驗人員檢查列車受電弓無異常后，接觸網送電繼續開車，隨即組織現場人員上道檢查、處理故障。搶修人員檢查接觸網后，更換了一支外表有電弧灼傷的硅橡膠絕緣子，對分相中性區關節處兩支接觸導線空氣絕緣間隙為280 mm的缺陷進行調整，調到設計要求的安全距離500 mm。

分相檢查處理后，當天聯調聯試動車組繼續正常試驗，同時安排人員在弋江牽引變電所排查跳閘原因。

2 采用數據分析法排查故障原因

通過對上述每件跳閘事件單獨分析和關聯分析，可知3次跳閘時，動車組均通過繁昌西分區所分相，且分相中性區接觸網參數不達標，現場進行了整改，后續試驗正常，說明3次跳閘均與分相區缺陷有關。下文運用數據分析法排查故障情況。

2.1 分相區兩側接觸網短路分析

7時31分53秒、8時48分47秒，弋江和銅陵東牽引變電所饋線先后2次同時跳閘，調度人員看到：2次跳閘時，兩變電所饋線電流大小基本相等，分別為1 850、1 840，1 900、1 887 A，根據電流數據分析的結果，可判斷為六跨兩斷口關節式接觸網分相發生相間短路故障。

動車組運行到分相區時，受電弓滑板短接兩斷口分相的一個斷口，因另一個斷口處空氣間隙僅為280 mm，受電弓通過時發生震動，導致該斷口動態間距更小而擊穿，造成分相兩側接觸網發生短路，引發饋線斷路器跳閘。

2.2 分區所T、F換相錯誤問題追查

按照牽引供電系統設計原則，一般通過相鄰牽引變電所牽引變壓器原邊換接相序可實現分區所處兩側供電臂同相序。查閱設計院寧安鐵路供電系統圖，該分區所通過相鄰變電所V/X接線的換接相序配合，在分區所兩側可做到壓差為0。若壓差為0，動車經過該分相時就不會引起相間短路跳閘，出現饋線處1 900 A的短路電流。經安排人員在繁昌西分區所對電壓互感器二次側測量分相兩邊壓差發現：該分相兩邊的T線、F線二次側壓差均為200 V，電壓互感器變比為275，一次側即為55 kV。這說明弋江或銅陵東變電所中有一個所往繁昌西分相的供電臂T線、F線接反了，導致本來分相兩側T線、F線壓差原該為0 V的卻變為200 V。通過檢查，發現確實是弋江變電所供繁昌西方向供電臂的T線、F線接反了，這也是引起相間短路跳閘的又一根本原因。

2.3 主變壓器差動保護跳閘原因分析

弋江變電所1#主變壓器差動跳閘時，恰有動檢車經過繁昌西分區所分相，但1#主變壓器對應的饋線不是繁昌西方向，而是蕪湖東方向，主接線如圖1所示。

圖1 弋江牽引變電所1#系統主接線圖

1#主變壓器差動保護報文如下：

a.故障時間：2015-08-28 06:11:12.378。

b.被控站：弋江牽引變電所。

c.故障設備：1#變測控保護裝置。

d.故障內容：

保護出口：差動、出口時間 = 0.00 ms；

高壓側電壓UH= 101.69 V，低壓側電壓UT= 103.96 V、UF= 104.14 V，高壓側電流IH1= 0.24 A，高壓側公共相電流IH2= 0.22 A；

本主變壓器低壓側電流IL1= 0.01 A，另一主變壓器低壓側電流IL2= 0.74 A，低壓側電壓UTF= 104.08 V；

差動電流二次諧波ICD2= 0.01 A，公共相差動電流二次諧波ICDG2= 0.00 A，差動電流ICD= 0.24 A/制動電流IZD= 0.12 A，公共相差動電流ICDG= 0.23 A/公共相制動電流IZDG= 0.34 A；

高壓側電壓UH相位 = 0.00°，低壓側電壓UT相位 =119.60°、UF相位 = 299.60°，高壓側電流IH1相位 = 285.70°、IH2相位 = 113.30°，低壓側電流IL1相位 = 341.00°、IL2相位 = 284.40°。

從上述報文可以看出，另1臺主變壓器（3#主變）二次側電流IL2= 0.74 A（電流互感器變比2 500），折合一次側電流為1 850 A，與后續的2次饋線跳閘故障電流（1 860 A，1 900 A）接近。由于差動保護時限為0 s，饋線保護時限為0.1 s，因此推斷極有可能是差動保護二次接線問題導致3#主變對應饋線213DL、214DL在短路時饋線保護尚未動作就被1#主變差動保護搶先跳閘了。

經檢查試驗，1#主變壓器及其他一次設備均正常，油化驗各項指標也合格，排除主變壓器及相關設備故障引起差動保護的可能。檢查1#主變差動保護二次接線時，發現保護屏2D11端子虛接開路，見圖2，檢查人員當即緊固好接線端子。隨后對照二次接線圖，通過深入分析數據，得出跳閘原因。

圖2 弋江變電所1#主變差動保護高壓側電流互感器二次接線圖

對照圖2所示，當2D11端子斷開時，二次回路變成A、B兩個電流互感器二次側線圈串聯，回路阻抗增加1倍。如果B相電流互感器感應到電流，電流路徑為：2LHB的4S1→2D10→保護裝置的2n1:9→2n1:10→2n1:8→2n1:7→2D9→1LH的4S1→4S2→2LHB的4S2，即形成電流經B相正相流進，A相反相流出。

深入分析報文可以看出：對V/X接線變壓器而言，當3#主變低壓側采集到0.74 A的短路電流時，通過換算相對應的高壓B相、C相差動電流互感器也應該分別有0.46 A、方向相反的電流，高低壓電流平衡，3#主變差動保護不啟動。由于弋江變電所B相為公共相，因此1#主變壓器B相差動電流互感器也應采集到0.46 A的電流。從上述電流回路分析可以看出：2D11端子斷開后回路阻抗增加1倍，導致電流為正常情況下的一半，報文中B相電流只有0.22 A，與計算分析基本吻合。電流從B相流出，反向流過A相，從報文可以看到，B相電流相角113.30°，A相電流0.24 A、相角285.70°，即A相、B相電流大小基本相等、相位相反，符合電路分析。因此可判定：1#主變差動保護的原因就是1#主變保護屏2D-11端子虛接開路引起。

在后續的弋江變電所至繁昌西分區所上下行供電臂短路試驗中，4次短路試驗均未引發1#主變差動保護跳閘，也間接證明了這個分析的正確性。

3 數據分析法要點

通過數據分析，指導現場故障排查，發現了二次接線松動引起差動保護誤動作、接觸網分相中性區空氣間隙不達標、變電所饋線T、F相接反等問題。結合日常工作中，調度或技術人員通過跳閘報文的數據分析，大大提高了故障查找的針對性。數據分析法的要點如下：

（1）異常數據的甄別。異常數據即是懷疑、分析的重點或突破口，對異常數據的敏感性，是基于常規數據分析而形成的職業素養，應加強對日常跳閘數據的分析，提高分析能力。

（2）從系統上分析問題。故障發生后，從供電系統一次圖上推測大方向的原因，從二次工作原理圖和報文數據上推測具體原因。差動保護跳閘，在排除一次設備故障后，大都是二次接線問題、保護定值問題，往往需要根據主變壓器接線形式、保護回路圖進行計算分析。

（3）先易后難原則。牽引供電設備故障一般伴隨聲、光、電現象，從現場反映的爆炸聲、放電聲、弧光、電弧痕跡、短路電流路徑上的燒痕、氣味等現象，一般可以判斷故障點或故障原因。在此基礎上開展數據核對性分析，往往能發現隱蔽在正常運行狀態下難以發現的隱患。

（4）全面數據分析。保護跳閘報文中，通常有電壓、電流、時間（精確到微秒）、阻抗角、相位、諧波分量、電阻值、電抗值、故障距離等數據，按照時間順序、開關動作順序所對應的數據進行分析，可以全面地分析一個故障跳閘過程及其應該發出的信息、數據，也可發現存在的問題。

4 結語

技術人員應重視通過數據分析法深度挖掘故障報文信息，在工作中不斷摸索總結經驗，提高供電設備安全運行可靠性和管理水平。

[1] 曹建猷. 鐵道供電系統[M]. 北京：中國鐵道出版社.

[2] 陳小川. 鐵道供電繼電保護與自動化[M]. 北京：中國鐵道出版社，2010.

The integrated automation system and SCADA system are able to provide detailed messages for traction power supply system fault tripping, It is possible to assess the characteristics of faults, instruct the trouble shooting at site, organize timely the emergency rescue so as to minimize the influence of faults by means of data analysis. With a series of fault tripping at traction substation as one example, the paper presents methods and key points for analyzing the fault tripping of power supply equipment by application of data analysis method.

Integrated automation system; power supply equipment; data analysis method; fault handling

U223.8+3

：B

：1007-936X(2016)03-0001-03

2016-02-29

趙朝蓬.上海鐵路局供電處，高級工程師，電話：13816138106。