普速鐵路接觸網金屬性跳閘的分析與判斷

楊 林 中國鐵路上海局集團有限公司調度所

1 故障跳閘概況

2021 年 4 月 2 日 22 時 12 分 05 秒 939 毫秒，嘉善 變電所214DL（滬昆113 單元）跳閘，距離I段動作，重合閘成功，電壓17.22 kV，電流3038 A，阻抗角64.5°，故標12.67 km。天氣，晴，微風。

2 故障跳閘原因分析

2.1 保護定值整定及動作分析

2.1.1 214DL保護定值（見表1）

表1 214DL保護定值

2.1.2 動作情況

嘉善變電所214DL 距離I 段電阻定值：22.44 Ω，電抗定值：6.36 Ω，線路阻抗特性角75°；跳閘故障電量為：電阻值：2.37 Ω，電抗值：4.98 Ω，阻抗角64.5°，滿足距離I 段保護動作條件，保護正常出口，斷路器跳閘（見圖1）。

圖1 214DL動作情況

結合故障錄波數據的分析，與故障報文基本一致，綜上所述，保護裝置動作正常。

2.2 設備巡視情況

（1）變電所巡視所內設備無異常。

（2）供電工區巡視發現嘉興東站3 道059#斜腕臂絕緣子有燒傷痕跡且有遺留的異物，支柱下方有燒毀的異物殘渣（疑似氫氣球）。初步分析為氫氣球短接斜腕臂絕緣子引起跳閘。

2.3 保護裝置測距情況

裝置故標為12.67 km，實際故障點15.454 km，故標誤差2 784 m。原因分析如下：

2.3.1 查閱以往跳閘信息及故測修改信息

（1）查閱以往跳閘信息，發現214 饋線2010 年至今跳閘（不包含此次）13次，發現明顯故障點4次，如表2所示。

最近一次跳閘為2021 年1 月15 日，飛鳥短接26603 次電力機車車頂設備導致嘉善變電所214DL 跳閘，故標指示11.02 km（K102+860），飛鳥發現位置為嘉善至嘉興東區間下行線427#-429#之間（K105+211 處），26603 次列車停于嘉善至嘉興東區間下行線K105+459 處。考慮列車行駛方向及制動滑行距離較長，對接觸網故標前后兩公里及故標至停車位置間接觸網巡視未發現明顯故障痕跡。

（2）查閱嘉善變電所以往故測修改信息，因歷史故障查找未發現誤差較大故障點，饋線保護裝置測距定值未進行修改。

（3）最近一次調整為2019年滬昆線綜自改造后對故障測距裝置測距定值進行了調整。

（4）2019年綜自改造測距定值修改原則：

結合歷史跳閘，按照供電線0.55 Ω/km，接觸網單位電抗0.4 Ω/km 整定，與上表歷史跳閘求得平均單位電抗基本一致。

表2 以往跳閘信息統計

2.3.2 故標與實際故障點相差較大的原因分析

（1）嘉善變電所214 饋線2010 年至今跳閘（不包含此次）13 次，發現明顯故障點4 次，未發現誤差較大故障點，因此測距定值未進行修訂。

（2）2020 年 6 月因嘉興站改造，嘉善變電所214 供電臂末端嘉興分區所退出運行，運行方式由原來復線上下行并聯運行改為單線運行，當214饋線發生故障時，原來并聯運行上下行存在互感，現單線運行，互感消失，同一故障點故障電量發生變化，導致測距誤差較大。

（3）分析故障錄波，如下：

故障軌跡顯示故障時電抗值在2.17 Ω～2.35 Ω（縱軸）間浮動，對應一次值4.98 Ω～5.39 Ω。

通過故障報文及錄波分析，發現電抗值在短時間內變化較大，本次跳閘經歷了暫態到穩態過程，故障電抗最終穩定在 2.26 Ω 左右，對應一次值5.179 Ω，與故障報文 4.98 相差較大。

綜上所述，故標與實際故障點相差較大的原因為運行方式發生變化導致誤差變大，故障報文的電抗值非故障穩定電抗值，進一步加大了誤差。

3 金屬性跳閘保護信息特征分析

3.1 保護動作類型

3.1.1 電流速斷保護

繼電保護速動性要求，保護裝置動作切除故障的時間必須滿足系統穩定和保障重要用戶供電可靠性。在各種電氣元件上，應力求裝設快速動作的繼電保護。對于僅反應電流增大瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。電流速斷保護的主要優點是簡單可靠、動作迅速，因而獲得了廣泛的應用。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且其保護范圍受系統運行方式變化的影響較大。

3.1.2 過電流保護

過電流保護是其啟動電流按照躲過最大負荷電流來整定的一種保護，而在電網發生故障時，則能反應于電流的增大，當電流的幅值超過最大負荷電流值時啟動。在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長。過電流保護在下級線路主保護拒動和斷路器拒動時作為遠后備保護，同時作為本線路主保護拒動時的近后備保護，也是過負荷時的保護。

3.1.3 距離保護

距離保護是反應保護安裝處至故障點的距離，并根據距離的遠近而確定動作時限的一種保護裝置。測量保護安裝處至故障點的距離，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻抗大小，故有時又稱之為阻抗保護。阻抗保護裝置的主要元件是距離繼電器，它根據其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗，稱為該繼電器的測量阻抗。當短路點據保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長。這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。

距離保護的動作特性：阻抗繼電器的類型很多，實現原理也不盡相同。最常用的有全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、具有偏移特性的阻抗繼電器等。它們的起動特性在阻抗復平面上是一個圓。圓的大小根據整定值調整繼電器得到。當阻抗繼電器量測到的阻抗落在圓內時，繼電器起動；當量測到的阻抗落在圓外時，繼電器不動。阻抗繼電器的動作特性除圓以外還有直線特性、割線特性、平行四邊形特性等。

3.2 跳閘電氣參數特征

電壓低（17 000 V 以下）電流較大（1 000 A 以上）阻抗角在700左右，可以判斷為金屬性接地故障。電壓較高（20 000 V 以上）電流較小（1 000 A 左右）阻抗角在400以下，可以判斷為過負荷（電力機車過負荷阻抗角 100～250左右）。牽引所兩個方向同行別（上行或下行）饋線同時跳閘，電壓較高（2 0000 V以上）、電流較大（2 000 A 左右）、阻抗角相差1800左右，可以判斷為電力機車帶電過分相或分相開關閉合。上下行同時跳閘，且兩個饋線跳閘報告基本一致，可判斷為上跨電力線或其它高空金屬物同時墜落在上下接觸網上并接地。跳閘報告中諧波含量較大且出現二次諧波，可判定為電力機車內部故障。阻抗 I、II段后加速同時動作，電流較大（2 000 A 以上），可判定為接地故障。

4 改進措施

（1）認真分析跳閘報文，從中總結經驗規律，結合線路和牽引所設備實際運行情況，完善整定值的設定，優化繼電保護裝置。

（2）做好線路防雷工作，對雷擊故障及時查找排除。

（3）加強重點設備的巡查力度，安排線路定期巡視。組織重點設備的專項檢查活動，防患于未然。重點設備可以安排包保人，加強職工的工作積極性。

（4）強化職工教育培訓，加強職工業務能力，完善應急預案，開展針對性的應急演練，提高應急處置能力。

5 結束語

牽引供電系統工作人員必須鐵路接觸網故障跳閘高度重視，吸取以往跳閘的經驗，紙質好各方人員進行跳閘原因查找，多方收集信息，及時發現跳閘隱患，快速找到跳閘原因，迅速恢復故障設備，才能確保牽引供電設備的可靠運行，保障鐵路的運輸暢通。