AT供电方式接触网故障测距误差分析及对策

霍中原

（中国铁路经济规划研究院，北京 100844）

AT供电方式接触网故障测距误差分析及对策

霍中原

（中国铁路经济规划研究院，北京 100844）

论述京沪高速铁路供电方式及保护配置情况，从故障性质判断、AT供电方式测距结果决策、故障距离计算等方面阐述AT供电方式接触网故障测距原理；从测距装置数据、馈线保护装置测距、与实际故障点比较及故障测距误差原因等方面进行分析，并提出采用吸上电流比测距法和电抗测距法的对策及措施。

AT供电方式；接触网；故障测距；误差分析；高速铁路

0 引言

随着高速铁路的快速发展，牵引供电接触网成为重要的运输装备。接触网所处的工作环境非常恶劣，长期处在大电流、高频振动、强张力、持续磨损的工况中，是高速铁路运输保障系统中比较薄弱的环节。接触网沿铁路线路架设，电气关联的区域广，一旦出现短路故障，如果不能精确判断故障性质和位置，就无法迅速恢复正常供电[1]。

京沪高速铁路于2011年6月开通至今，接触网短路故障时有发生，因故障测距不准确造成的故障地点误判，延误抢修时间的情况也有发生。因此，分析其误差原因并采取应对措施十分必要。

1 AT供电方式接触网故障测距原理

1.1 京沪高速铁路供电方式及保护配置

京沪高速铁路采用全并联AT供电方式，其AT供电牵引网示意见图1。

图1 AT供电牵引网示意图

从图1可知，京沪高速铁路一侧供电臂由牵引所、AT所、分区所组成，牵引所馈线保护设有阻抗一段保护（保护范围为本供电臂全长的2倍，动作时限为0.1 s）、低压启动过流保护（后备保护，动作时限为0.1 s/0.4 s）、电流速断保护（动作时限为0.06 s）和重合闸（重合时限为2 s）；AT所馈线保护设有失压跳闸（动作时限为1 s）和检有压重合闸（重合时限为3 s）；分区所馈线保护设有阻抗一段保护（保护范围为并联供电臂全长）、失压跳闸保护（动作时限为1 s）和检有压重合闸（动作时限为3 s/4 s）。

当供电臂中出现接触网短路故障时，无论故障在上行或下行，牵引所上下行馈线断路器同时（0.1 s）跳闸；1 s后AT所、分区所馈线断路器失压跳闸；2 s后牵引所上下行馈线断路器重合闸，出现故障的行别断路器重合失败，无故障的行别断路器重合成功；3 s后AT所、分区所馈线断路器检测线路有压重合成功，检测线路无压不重合，从而切除故障线路，保证另一供电臂正常供电。故障测距装置在牵引所馈线断路器重合之前启动测距功能，通过专用故标通道，将AT所、分区所测距装置数据汇总到牵引所。

1.2 接触网故障测距原理

通常情况下，接触网短路故障分为瞬时故障和永久故障。瞬时故障可由重合闸恢复供电，但需立刻找到故障点并进行确认和处理，以防再次出现危及牵引供电系统安全稳定运行的隐患。永久性故障则需迅速查清故障情况并进行排除，前提是找到故障点的确切位置[1-3]。

（1）故障性质的判断。目前京沪高速铁路主要采用吸上电流比故障测距方法。当接触网出现短路故障时，应判断其故障性质逻辑关系（见图2）。当接触网故障发生时，通过建立全并联AT电流分布简化模型（见图3）进行短路电流分析。

通过测距装置和牵引所馈线保护装置故障报文，结合电流分布简化模型，牵引所、AT所、分区所吸上总电流IAT总=IR1+IR2+IR3；牵引所馈线的总电流为I馈线总=IT1+IT2+IF1+IF2。如果IAT总=I馈线总，或数值相近，则测距数据真实有效。在确定测距数据真实有效的前提下，根据图2进行故障性质的判断。

图2 故障性质逻辑关系

图3 全并联AT电流分布简化模型示意图

首先，判断是否为T-F故障。引入经验值Iset= 1 000 A，如果max（|IR1|，|IR2|，|IR3|）＜Iset，则是T-F故障，采用单位电抗法，反之不是T-F故障。其次，故障区段判断。由节点电流可以判定，吸上电流最大处与次大处之间即为故障区段。第三，故障方向和故障性质判断。在吸上电流最大处设max（|IT1|，|IT2|，|IF1|，|IF2|）= A，若A=IT1，则为下行T-R故障[4-5]。

（2）AT供电方式测距结果决策。故障测距包括测距装置测距结果和馈线保护动作报告，若两者结果相近，则测距结果完全可信；若误差较大，保护动作为AT全并联模式时，且馈出电流与吸上总电流基本一致，以AT测距结果为准；当AT全并联解列，且数据差异较大，以馈线直供测距为准。

（3）故障距离计算。当出现永久性故障时，直接采用变电所测距装置电抗法测距（数据采用重合闸失败后的测量电抗），测距公式为：

式中：D1为T线第一段距离；X为实测电抗值；x1为T线第一段单位电抗；x2为T线第二段单位电抗。

出现非永久性故障时，采用（单相接地）吸上电流比故障测距法，其故障测距模型见图4，测距公式为：

式中：q为吸上电流比；Ln为第n个子所距牵引所距离；Qn为第n个子所AT漏抗；In为第n个子所吸上电流值；Kn为第n个子所电流分布系数。

图4 故障测距模型示意图

2 故障测距误差分析

接触网实际运营时，瞬时性单相接地故障比例较高，其次是永久性单相接地故障，T-F短路故障出现的概率较小。由于接触网运行环境差和长期磨损，其单位电抗出现变化，且吸上电流比测距法易受AT漏抗、大地漏抗等因素影响，相关定值会出现偏差，必然形成故障测距误差。

2012年8月8日，京沪高速铁路无锡牵引所211DL和212DL跳闸，212DL重合成功，211DL重合失败，京沪高速铁路741单元停电。根据故障测距和馈线保护装置报文，在AT简化模型上进行短路电流分析（见图5）。

图5 短路电流分析示意图

通过分析和比较牵引所、AT所、分区所吸上电流值和短路电流，判断故障在第一区段下行T线。

（1）测距装置数据分析。测距装置定值见表1。

表1 测距装置定值

由式（2）计算可得故障距离为2.146 km，换算成公里标为1 211.65。

（2）馈线保护装置测距分析。馈线保护装置测距定值见表2。

表2 馈线保护装置测距定值

由式（1）计算可得故障距离为3.160 km。

（3）与实际故障点比较分析。经过网工区上道检查，实际故障点在无锡东站5道91#—97#接触网，故障距离为2.620 km，吸上电流比测距法相差-0.472 km，馈线保护装置测距相差0.540 km。

（4）故障测距误差原因分析。针对单一故障情况，允许误差在±0.5 km，无锡东牵引所测距装置和馈线保护装置测距结果都存在较大偏差，经过核对相关定值，发现了问题原因。一是测距装置。修正距离应为供电线的长度（0.152 km），该定值项未填。二是馈线保护装置。T线第一段距离应为供电线长度（0.152 km），输入错误；T线第二段为第一AT区段，由于有加强线，单位电抗应变小。

3 对策及措施

京沪高速铁路日行车量较大、车次较密，对接触网的安全稳定性要求更高。在接触网出现短路故障后，通过装置测距结果比对实际故障点，对相关定值进行修改，以期再次出现故障时能够精确定位。在此基础上，针对现有测距装置和馈线保护装置的测距功能，技术人员应采取分析方法辅助开展故障点查找。

（1）吸上电流比测距法。由于测距时吸上电流比受到AT漏抗、站场、大地泄露等影响，可采用分段线性测距法进行辅证，将供电臂范围内历次故障跳闸吸上电流比和对应的故障距离进行统计（见表3）。

表3 吸上电流比与故障距离的统计数据

以第二区段为例，将统计的吸上电流比与对应的故障距离形成分段线性测距原理（见图6）。

图6 分段线性测距原理

从图6可知，通过分析新的测距报文，计算q值，对应故障距离为X。分段线性测距公式为：

通过反复整定吸上电流比与故障距离的统计数据，故障区段越小，故障距离越精确，故障点定位也越准确。

（2）电抗测距法。由于站场的存在，同一供电臂上单位电抗与正线区间不同，需分段线性整定，一般站场的单位电抗值按区间单位电抗的1/3整定。无锡东牵引所下行供电臂上有惠山站，测得其电抗值与故障距离的对应关系见图7。

图7 电抗值与故障距离的对应关系

从图7可得电抗法故障距离计算公式为：

4 结束语

高速铁路接触网发生短路故障时，故障测距是判断故障地点、指挥抢修的重要技术手段。在此提出的测距误差对策和措施，需要相关技术人员反复验证和数据收集，实施后能够辅助测距装置和馈线保护装置更准确地判断故障点，以缩短抢修时间，快速恢复接触网供电。

[1]王俊儒.牵引接触网故障测距应用及准确度调整浅析[J].电气化铁道，2013(4)：16-19.

[2]程宏波，王勋，宋志成，等.一种考虑机车影响的接触网故障测距方法[J].电力系统保护与控制，2012(21)：25-29，35.

[3]钱平慎.高速铁路接触网故障测距的分析[J].电气 化铁道，2012(5)：25-27.

[4]钱平慎.长吉城际铁路接触网AT供电方式故障测距 的分析[J].中国科技信息，2012(8)：91，102.

[5]程云强.基于接触网的双端行波故障测距的应用[J]. 江西科学，2012(2)：207-210.

责任编辑卢敏

Study on Location Error Analysis and Countermeasure for Failure of AT-powered OCS

HUO Zhongyuan
（China Railway Economic and Planning Research Institute，Beijing 100844，China）

The power supply mode and power supply protection facilities are introduced. The failure locating principle for AT-powered OCS is elaborated in terms of failure diagnosis, location result determination, failure distance calculation, etc. The locating device data, feeder line protection device location, comparison with actual failure point and the reason for location error are analyzed and the current ratio location method and reactance location method are according proposed to solve the problem.

AT power supply mode；OCS；failure location；error analysis；high speed railway

U225

A

1001-683X（2017）05-0037-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.05.037

2017-03-02

霍中原（1971—），男，高级工程师。

E-mail：huozhongyuan@sina.com