牽引變電所饋線跳閘分析與判斷

岳學民

（中國鐵路鄭州局集團公司調度所，工程師 河南鄭州 450052）

隨著我國電氣化鐵路的快速發展，列車運行速度和密度的不斷增加，鐵路運輸對牽引供電系統的安全性和穩定性的要求也越來越高。當供電線路發生故障時，變電所饋線斷路器跳閘，接觸網線路將停電，就會中斷電力機車供電，打亂鐵路行車秩序，影響運輸。變電所饋線斷路器跳閘后，如何根據跳閘信息綜合分析、快速判斷故障性質與范圍，是盡快處理故障、快速恢復供電行車、減少供電事故對運輸影響的關鍵因素。

當供電線路發生故障，變電所饋線斷路器跳閘時，牽引供電SCADA系統會發出實時故障報告，根據饋線保護動作情況，結合故障電流、故障電壓、阻抗角、故標指示等數值，綜合分析判斷，基本可以確定接觸網線路的故障性質及范圍，及時組織搶修人員有目的地進行查找故障點及進行事故搶修。

牽引變電所饋線保護裝置是供電線路的大腦，能反應供電線路的故障和不正常運行狀態，并能迅速地、有選擇性地作用于斷路器切除故障線路，從而保證無故障線路的正常運行，將事故限制在最小范圍。

1 饋線保護

牽引變電所饋線保護主要有電流速斷保護；過電流保護；距離保護；電流增量保護。

1.1 阻抗（距離）保護在饋線保護中一般采用距離保護作為主保護。

距離（阻抗）保護是反映故障點至保護安裝處的距離，并根據距離的遠近確定動作時間的一種保護裝置。距離保護既反映被保護線路故障時電壓的降低，又反應電流的升高，是反映線路阻抗下降而動作的保護，采用方向阻抗繼電器還可反應相角的變化，具有靈敏度高，保護范圍及選擇性不受系統運行方式影響和動作迅速的特點。

一般在變電所供電臂上設三段距離保護，開閉所設進線一段出線兩段距離保護，分區亭設上下兩段距離保護。在供電臂上沒有開閉所的區段變電所饋線上設兩段距離保護和電流增量保護，分區亭設上下行一段距離保護。根據實際線路情況可選擇阻抗特性為偏移平行四邊形或阻抗四邊形。

距離I段保護本供電臂全長的85%左右。

距離II段保護正常運行時為本供電臂全長范圍以及越區供電方式下至相鄰下一變電所首端電分相處。

1.2 電流速斷保護當供電系統發生嚴重故障時為消除近點阻抗保護動作死區，設置該保護，對重負荷線路可以選擇低電壓閉鎖、二次諧波閉鎖、諧波抑制特性。電流速斷保護的缺點是其保護范圍受系統運行方式的影響，在某些情況下電流速斷保護可能沒有保護范圍。因此，一般需要對電流速斷保護的靈敏性進行校驗。

電流速斷保護按躲過最大運行方式下供電臂線路末端金屬性短路電流整定，動作電流整定值較大，同時要求快速動作，但保護范圍較小，大約保護整條供電臂首端的25%左右。

當饋線發生變電所近端短路故障時，電流速斷保護動作，故障電流較大，故障電壓較低。

1.3 過電流保護過電流保護一般作為牽引饋線的后備保護，按躲過供電線路的最大負荷電流整定。

機車在線路上行駛時，負荷電流經常變化，即在任一電流值下運行的時間都很短。而故障電流只要一產生，就一直持續到故障切除后才完結。因此根據電流持續時間的不同可以鑒別故障。根據這一原理采用過電流保護。

1.4 高阻接地（電流增量）保護距離保護主要保護線路的金屬性短路，同時為了躲過線路的最大負荷，整定值一般較小，整定值要躲過饋線最低負荷阻抗，所以整定值較小，而在實際運行中，當線路短路接地電阻較大時，如存在過渡電阻或非金屬性短路時，故障電流較低，接地電阻會較大，距離保護可能無法動作，降低了供電系統的可靠性。

高阻接地保護裝置就是為了解決這一問題而設計的。通過比較短路和負荷兩種狀態可知，無論是在電力機車牽引運行狀態還是在再生制動狀態，負荷電流中均含有大量的高次諧波（三次諧波為主），另外，當AT變投入或機車變壓器投入時，產生的勵磁涌流含有很高的二次諧波分量，而線路發生短路故障時，故障電流基本是基波（正弦波），并且在短路瞬間電流的增量很大。電流增量保護利用高次諧波抑制,二次諧波閉鎖功能，并判斷基波電流增量而動作，可以不受電力機車再生負荷的影響，作為距離保護的后備保護對高阻接地故障能起到較好的保護作用，該保護的主要缺點是動作時間較長。電流增量保護按照供電臂內一臺電力機車最大啟動電流進行整定。

該保護動作一般為供電線路發生非金屬性接地故障。

如2015年7月湯陰變電所213#饋線（湯鶴下行供電臂）跳閘，電流增量保護動作，重合成功，跳閘原因為路外施工使鋼絲套松脫彈至湯鶴間下行61#支柱定位點吊弦南側瞬間短接接觸網。

2 故障信息分析

不同的供電故障，會反應出不同的故障信息，從開關動作情況、保護動作類型等故障信息中快速判斷供電線路哪里發生了故障、發生了怎樣的故障，是排除故障、恢復正常供電的關鍵環節。

2.1 根據饋線斷路器動作情況判斷

1）同一變電所同一供電方向上下行同時跳閘，兩個饋線跳閘故障報告基本一致，則可能發生上跨鐵路電力線或其它高空金屬物同時墜落在上下接觸網上并造成接地。

如，2015年10月，京廣線薛店變電所211#、212#（鄭州南-薛店上下行供電臂）饋線同時跳閘，重合失敗，211#饋線電壓25.19kV,電流898.8A；212#饋線電壓25.234kV，電流919.2A，故標指示k686+409（鄭州南至小李莊148#支柱附近），跳閘原因為京廣線鄭州南站至上小李莊站間由于國家電網鄭州供電公司在距京廣線路350m的220kV上跨電力線施工時，避雷線斷線搭落在京廣線上下行接觸網上。

2）同一變電所同行（上行或下行）斷路器同時跳閘，則可能是機車帶電闖該變電所分相。

兩相鄰變電所同行（上行或下行）斷路器同時跳閘，則可能是機車帶電闖兩所間分區亭處分相。

3）變電所斷路器跳閘后重合成功，為瞬時性接地故障，一般是惡劣天氣條件下絕緣部件瞬時閃絡、電擊人或動物等。

4）變電所斷路器跳閘重合成功，過一段時間又跳閘，為斷續接地故障，可能是接觸網或電力機車絕緣部件閃絡，貨車綁扎繩等松脫，列車超限，樹木與接觸網放電、接觸網與接地部分距離不夠，接觸網斷線但未落地，弓網故障等。

5）變電所斷路器跳閘，重合閘和試送均不成功，為永久性接地故障，可能由于接觸網、正饋線或供電線斷線接地、絕緣子擊穿、隔離開關處于接地狀態下的分段絕緣器擊穿、隔離開關引線脫落或斷線、較嚴重的弓網故障、機車故障等。

6）變電所斷路器連續跳閘，故標指示沿某電力列車運行方向而變化，可判定為該電力機車故障。

如：2016年8月，焦柳線董莊變電所211（董莊-北召店下行）饋線分別在14∶22、14∶24、14∶36跳閘，均重合成功，故標指示分別為14.3KM、9.6KM、3.2KM，當時線路相應位置有X25215次列車運行，經查確定，跳閘原因就是該次列車機車故障。

2.2根 據故障報告內容判斷變電所斷路器跳閘后，根據故障報告內容如故障電壓、故障電流、阻抗角等數據也可以更確切地確定故障性質。

1）接地故障，故障報告：電壓低（17000V以下）電流較大（1000A以上）阻抗角在45°至75°之間。

2）過負荷跳閘。故障報告表現為，故障電壓較高（20000V以上）電流較小（1000A左右）阻抗角在40°以下，故標指示數值超出供電范圍，一般可以判斷為過負荷。

3）故障報告中諧波含量較大且出現二次諧波，則可能是機車內部故障。因為接觸網線路發生短路故障時，故障電流基本是正弦波。

4）機車闖分相。除了從相關斷路器動作情況判斷外，同時從故障報告數值看，故障電壓較高（20000V以上）、電流較大（2000A左右）、阻抗角在0度附近，則可能為機車帶電過分相，此時故標指示數據不正確，不能作為查找故障點的依據。

5）故障電流小，電壓基本為零，且能重合成功，變電所發壓互（PT）回路斷線信號，可判定非接觸網線路故障，而是電壓互感器回路斷線。

6）故障標定裝置指示故障點在0值附近，則可能是變電所內部故障或供電線故障。

3 結束語

當變電所斷路器跳閘后，根據斷路器跳閘情況、保護動作情況、故障電流、故障電壓、故標指示等故障信息，結合工務、機務、車站等各方面反饋的信息，以及故障地點的天氣、溫度、運行環境等因素，結合各方面信息綜合判斷，可以很快判斷出故障地點、故障性質及大概原因，也就可以及時指導故障處理人員有目的地組織查找故障點及快速處理故障，可以更快地確定故障地點、原因，及時處理，減少故障停電時間，迅速恢復供電，減少故障損失，及早恢復鐵路運輸正常秩序。