普速铁路接触网金属性跳闸的分析与判断

杨 林 中国铁路上海局集团有限公司调度所

1 故障跳闸概况

2021 年 4 月 2 日 22 时 12 分 05 秒 939 毫秒，嘉善 变电所214DL（沪昆113 单元）跳闸，距离I段动作，重合闸成功，电压17.22 kV，电流3038 A，阻抗角64.5°，故标12.67 km。天气，晴，微风。

2 故障跳闸原因分析

2.1 保护定值整定及动作分析

2.1.1 214DL保护定值（见表1）

表1 214DL保护定值

2.1.2 动作情况

嘉善变电所214DL 距离I 段电阻定值：22.44 Ω，电抗定值：6.36 Ω，线路阻抗特性角75°；跳闸故障电量为：电阻值：2.37 Ω，电抗值：4.98 Ω，阻抗角64.5°，满足距离I 段保护动作条件，保护正常出口，断路器跳闸（见图1）。

图1 214DL动作情况

结合故障录波数据的分析，与故障报文基本一致，综上所述，保护装置动作正常。

2.2 设备巡视情况

（1）变电所巡视所内设备无异常。

（2）供电工区巡视发现嘉兴东站3 道059#斜腕臂绝缘子有烧伤痕迹且有遗留的异物，支柱下方有烧毁的异物残渣（疑似氢气球）。初步分析为氢气球短接斜腕臂绝缘子引起跳闸。

2.3 保护装置测距情况

装置故标为12.67 km，实际故障点15.454 km，故标误差2 784 m。原因分析如下：

2.3.1 查阅以往跳闸信息及故测修改信息

（1）查阅以往跳闸信息，发现214 馈线2010 年至今跳闸（不包含此次）13次，发现明显故障点4次，如表2所示。

最近一次跳闸为2021 年1 月15 日，飞鸟短接26603 次电力机车车顶设备导致嘉善变电所214DL 跳闸，故标指示11.02 km（K102+860），飞鸟发现位置为嘉善至嘉兴东区间下行线427#-429#之间（K105+211 处），26603 次列车停于嘉善至嘉兴东区间下行线K105+459 处。考虑列车行驶方向及制动滑行距离较长，对接触网故标前后两公里及故标至停车位置间接触网巡视未发现明显故障痕迹。

（2）查阅嘉善变电所以往故测修改信息，因历史故障查找未发现误差较大故障点，馈线保护装置测距定值未进行修改。

（3）最近一次调整为2019年沪昆线综自改造后对故障测距装置测距定值进行了调整。

（4）2019年综自改造测距定值修改原则：

结合历史跳闸，按照供电线0.55 Ω/km，接触网单位电抗0.4 Ω/km 整定，与上表历史跳闸求得平均单位电抗基本一致。

表2 以往跳闸信息统计

2.3.2 故标与实际故障点相差较大的原因分析

（1）嘉善变电所214 馈线2010 年至今跳闸（不包含此次）13 次，发现明显故障点4 次，未发现误差较大故障点，因此测距定值未进行修订。

（2）2020 年 6 月因嘉兴站改造，嘉善变电所214 供电臂末端嘉兴分区所退出运行，运行方式由原来复线上下行并联运行改为单线运行，当214馈线发生故障时，原来并联运行上下行存在互感，现单线运行，互感消失，同一故障点故障电量发生变化，导致测距误差较大。

（3）分析故障录波，如下：

故障轨迹显示故障时电抗值在2.17 Ω～2.35 Ω（纵轴）间浮动，对应一次值4.98 Ω～5.39 Ω。

通过故障报文及录波分析，发现电抗值在短时间内变化较大，本次跳闸经历了暂态到稳态过程，故障电抗最终稳定在 2.26 Ω 左右，对应一次值5.179 Ω，与故障报文 4.98 相差较大。

综上所述，故标与实际故障点相差较大的原因为运行方式发生变化导致误差变大，故障报文的电抗值非故障稳定电抗值，进一步加大了误差。

3 金属性跳闸保护信息特征分析

3.1 保护动作类型

3.1.1 电流速断保护

继电保护速动性要求，保护装置动作切除故障的时间必须满足系统稳定和保障重要用户供电可靠性。在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护。对于仅反应电流增大瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。电流速断保护的主要优点是简单可靠、动作迅速，因而获得了广泛的应用。它的缺点是不可能保护线路的全长，并且其保护范围受系统运行方式变化的影响较大。

3.1.2 过电流保护

过电流保护是其启动电流按照躲过最大负荷电流来整定的一种保护，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大，当电流的幅值超过最大负荷电流值时启动。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长。过电流保护在下级线路主保护拒动和断路器拒动时作为远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也是过负荷时的保护。

3.1.3 距离保护

距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗大小，故有时又称之为阻抗保护。阻抗保护装置的主要元件是距离继电器，它根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗，称为该继电器的测量阻抗。当短路点据保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长。这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。

距离保护的动作特性：阻抗继电器的类型很多，实现原理也不尽相同。最常用的有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、具有偏移特性的阻抗继电器等。它们的起动特性在阻抗复平面上是一个圆。圆的大小根据整定值调整继电器得到。当阻抗继电器量测到的阻抗落在圆内时，继电器起动；当量测到的阻抗落在圆外时，继电器不动。阻抗继电器的动作特性除圆以外还有直线特性、割线特性、平行四边形特性等。

3.2 跳闸电气参数特征

电压低（17 000 V 以下）电流较大（1 000 A 以上）阻抗角在700左右，可以判断为金属性接地故障。电压较高（20 000 V 以上）电流较小（1 000 A 左右）阻抗角在400以下，可以判断为过负荷（电力机车过负荷阻抗角 100～250左右）。牵引所两个方向同行别（上行或下行）馈线同时跳闸，电压较高（2 0000 V以上）、电流较大（2 000 A 左右）、阻抗角相差1800左右，可以判断为电力机车带电过分相或分相开关闭合。上下行同时跳闸，且两个馈线跳闸报告基本一致，可判断为上跨电力线或其它高空金属物同时坠落在上下接触网上并接地。跳闸报告中谐波含量较大且出现二次谐波，可判定为电力机车内部故障。阻抗 I、II段后加速同时动作，电流较大（2 000 A 以上），可判定为接地故障。

4 改进措施

（1）认真分析跳闸报文，从中总结经验规律，结合线路和牵引所设备实际运行情况，完善整定值的设定，优化继电保护装置。

（2）做好线路防雷工作，对雷击故障及时查找排除。

（3）加强重点设备的巡查力度，安排线路定期巡视。组织重点设备的专项检查活动，防患于未然。重点设备可以安排包保人，加强职工的工作积极性。

（4）强化职工教育培训，加强职工业务能力，完善应急预案，开展针对性的应急演练，提高应急处置能力。

5 结束语

牵引供电系统工作人员必须铁路接触网故障跳闸高度重视，吸取以往跳闸的经验，纸质好各方人员进行跳闸原因查找，多方收集信息，及时发现跳闸隐患，快速找到跳闸原因，迅速恢复故障设备，才能确保牵引供电设备的可靠运行，保障铁路的运输畅通。