京沪高速铁路接触网短路试验分析

摘要：通过京沪高速铁路接触网短路试验，对保护装置功能、动作顺序及试验数据分析，对接触网故障点标定装置的正确程度进行判断。

关键词：高速铁路 接触网 短路试验

举世瞩目的京沪高速铁路即将开通投入运行，作为最后一道保护屏障，做短路试验十分必要。通过接触网短路试验，能检验牵引供电系统保护装置功能及动作顺序，验证接触网故障点标定装置的正确程度，为以后正确快速处理故障提供保障。

1、故障测距原理（如图1）

当线路沿线通信通道具备的情况下，出现T-R，F-R 故障时，采用“AT 中性点吸上电流比原理”；T-F故障时，采用“线性电抗法”进行测距。如此可以确保线路出现不同类型故障时，装置都能采用相应的原理来测距。本文就接触网出现T-R，F-R 故障时，用“AT 中性点吸上电流比原理”分析故障。

根据对AT供电方式下牵引网的理论计算，当发生T-R或F-R故障时，故障点邻近的两个AT 中性点吸上电流之比与故障点离2 个AT 的距离是成反比关系的，而且整个供电臂上所有AT 吸上电流的最大值在故障点两端。经过大量人工试验表明，由于AT 漏抗等因素的影响，所测得的AT吸上电流比与2个AT的距离不是理想的正比关系，其关系如下式所示：

式中：

l-故障点到变电所SS的距离（km）；Ln -变电所距故障点前一个，即第n个AT所距离；

Dn-故障点所在区间的长度，即第n个AT与第n+1 个AT 之间的距离；IGn，IGn+1-分别为第n个AT与第n+1 个AT 中性点的吸上电流和；Qn，Qn+1-整定值，与AT 之间的距离大小，钢轨漏抗，AT 漏抗、馈线长短、钢轨联接导电情况等因素有关，取5～10经验值；

Kn，Kn+1-电流分布系数，范围根据站场情况可调整。对标准区间线路K=1.0。

In为装置的额定电流值，Kp为故障判别系数，β为故障方向判别角度，一般取80°。

对于普通AT 供电方式而言，因AT所和分区所投入2个AT自耦变，上行吸上电流流互和下行吸上电流流互是分开接入的，所以：故障方向的判断条件为：若IG max是上行线路的AT吸上电流，为上行故障，IT=IT1，IF=IF1；反之，为下行故障，IT=IT2，IF=IF2。

故障类型的判断条件为：若IG max

对全并联AT供电方式而言：

则故障方向的判断条件为：若|α|

障类型的判断条件为：若IG max < Kp× In，为T-F故障；反之为T-R或者F-R故障。

2、短路试验步骤（如图2）

（1）泰山牵引变电所 ：确认确认母线有电，依次合上2111GK ，211DL ，上行2121GK，212DL。

（2）店台AT所：依次合上下行271DL，上行272DL。

（3）青杨分区所：依次合上泰山方向下行273DL，上行274DL。

（4）在济南西至泰山西区间下行线F线（杆号0785#，K440+270.31）设短路点，对正馈线人工实施永久性短路1次（211，212投入重合闸）。

3、短路试验动作报告和故标报告

泰山变电所211（下行）馈线保护装置正常跳闸后重合未成功，报告如表1：

泰山变电所212（上行）馈线保护装置正常跳闸后重合成功，报告如表2：

1WGB故标装置数据报告如表3：

4、短路试验动作情况和数据分析

（1）由于采用的是全并联供电运行方式，在济南西至泰山西区间下行线F线设短路点，对正馈线人工实施永久性短路故障时，泰山牵引变电所211DL，212DL均阻抗Ⅰ段保护跳闸。保护跳闸后，由于永久性故障点在下行线，故下行（211DL）重合闸失败，上行（212DL）重合闸成功；青杨分区所下行分闸（273DL）、上行检有压合闸成功（274DL），店台AT所下行分闸（271DL）、上行检有压合闸成功（272DL）。故保护动作情况及重合动作情况均正确。

（2）由于AT未解列运行，故馈线保护装置测距没有参考意义。

（3）故障测距装置的测距报告中，变电所的T、F线电压、上行及下行IT和IF电流与馈线保护测控装置的故障报告中对应的电压和电流数值几乎一致，可认为故障测距装置是在正确的时刻启动了测距计算功能。

（4）变电所IT1+IT2的两倍应该是等于AT所和分区所吸上电流的总和。

（5）从3个所的吸上电流分布来看 IGSS=77A，IGATP=1772A，IGSSP=4038A，可以简单的看出，故障出现在AT所和分区所之间，且分区所的吸上电流偏大，那么故障应该是靠近分区所附近。参照设计院提供的公里标，泰山变电所公里标为K466+479，故障点公里标为K440+270.31，分区所和变电所之间的距离一般为30公里左右，故故障点确实在分区所附近。而1号WGB故标装置报告中通过短路数据算出来的短路点公里标为K441.57，与实际短路点公里标相差1.3公里，还算比较精确。正常运行时，保护配置为①低压启动过电流保护：低电压定值60V，电流定值1.1A，动作时间0.6s。②电流增量保护：电流定值0.29A，动作时间2s。③阻抗Ⅰ段保护：R=63Ω，X=188.1Ω，t=0.1s。阻抗Ⅰ段保护范围为本线路全长的80%-85%。从时间配置上来看，阻抗Ⅰ段保护最快，低压启动过电流保护第二，电流增量保护最慢。从故障点来看，正好在阻抗Ⅰ段保护范围之内，故阻抗Ⅰ段保护动作正确。

（6）从故障测距装置的测距报告中可以看出，当故障发生在AT所和分区所之间时，变电所处变压器上的吸上电流回流非常小，且T线电流和F线电流的大小非常接近。由于上下行馈线电流非常接近，利用变电所处的T/F线电流和电压是无法判断出故障类型是T线还是F线对地故障，故也无法判别故障发生在上行还是下行线路上。所以在此种故障情况下，需要考虑采用其他方法来判断故障类型和方向。

图（3）是发生短路故障时候牵引网的电流分布图：从图（3）看出，根据几个所采集的电流，可计算出短路点的电流为5673A。

5、结论

通过上述分析，可以得出：

（1）针对南自的WXB-65A微机馈线保护测控装置，由于发生短路故障时，短路电流很大，如果投入“大电流闭锁重合闸”的功能，将不能启动重合闸，故要将此功能退出。

（2）鉴于短路故障的特殊性和严重性，必须对变电所馈线保护装置的特性进行认真分析、正确整定，要注意各种保护之间的相互配合。在复线区段，短路电流还会通过分区所的断路器环绕过来，因此还要考虑与分区所的保护配合。

（3）故障测距装置的保护定值和实际比对应该一致，这样发生短路故障时，才能提供较为准确的故障点公里标。

6、结语

通过京沪高铁接触网短路试验的动作情况和数据分析，由于实际运行中短路故障的复杂性，旧的故障测距原理已经有点不适用了，所以要有更先进的更贴合实际的故障测距原理的出现。