中国铁路济南局集团有限公司调度所山东济南250000
摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，以发生在石太线岩会、井南两个变电所两次同性质的故障跳闸为例，对变电所两个供电臂接触网分相处发生短路故障进行理论定性分析及向量图定量分析，找出保护动作、故障标定装置指示不正常的原因，提出判断变电所两个供电臂接触网分相处发生短路故障的有效方法，对微机保护装置生产企业和供电段接触网运行工区的运营维护提出建议。
关键词：牵引变电所；供电臂；接触网；分相；故障判断分析
引言
随着国内社会经济的快速发展，铁路依照客货运输组织也不断优化，牵引供电系统作为电气化铁路的关键设备，对运输安全可靠起着重要作用。接触网作为无后备关键牵引供电设备，一旦故障，将会严重影响运输安全。一般而言，接触网线路故障大致可分为瞬时故障和永久故障2大类型。瞬时故障通过重合闸可恢复供电，但故障点往往是薄弱点，需尽快找到并进行预防性处理，以免二次故障而危及电力系统的安全稳定运行。而当永久故障时，则需迅速查明故障并及时排除，排除时间的长短直接影响到供电系统送电保障和正点运输安全。故障排除时间越长，则停电所造成的经济损失越大。因此，故障的精确定位，不仅对及时修复线路和保证可靠供电至关重要，而且对铁路运输安全和经济运行都有十分重要的作用。
1故障现象
2011年2月2日3时20分，某变电所211、214断路器同时跳闸，其中211馈线保护中的电流速断、阻抗Ⅰ段保护同时动作，故障标定装置指示值为：3.49km，26.24kV，4477A，3.4∠346.3°Ω；214馈线保护中的电流速断动作，故障标定装置指示值为：10.09km，20.65kV，3770A，3.98∠128.2°Ω；均重合成功。接触网工区夜间巡视没有发现异常，停电检查发现211、214的接触网分相烧伤，实际故障点距岩会变电所2.8km。故障发生时12705次电力机车岩会站下行1道通过。2011年2月5日9时整，井南变电所211、214断路器同时跳闸，其中211馈线保护中的电流速断动作，故障标定装置指示值为：4.602km，21.97kV，4204A，3.04∠152.8°Ω；214馈线保护中的电流速断动作，故障标定装置指示值为：3.723km，26.97kV，4585.2A，2.56∠344.2°Ω；均重合成功。接触网工区巡视没有发现异常。停电检查发现211、214的接触网分相烧伤，实际故障点距井南变电所1.5km。
2接触网分相处短路故障的分析与判断方法
2.1继电保护动作正确性判断
正常情况下，阻抗保护的保护范围在－15°～85°，正常短路故障时短路阻抗角在65°左右，阻抗Ⅰ段保护在近端短路时每次都应该动作。但从上面的211、214的动作情况来看，仅岩会变电所211阻抗Ⅰ段保护正常动作，其他馈线阻抗Ⅰ段保护由于短路阻抗角（128.2°～344.2°）超出保护范围（－15°～85°）均没有动作。因此可以断定继电保护动作与正常动作虽然不同，但是继电保护本身没有问题，动作是正常的。
2.2分相短路故障的原因
电力机车过分相时因过电压造成机车放电间隙击穿或机车避雷器动作，短路电流在中性线和带电线间产生电弧，这种故障多在分相处发生。关节式分相结构参数检调时，对于各支柱拉出值的布置往往只关注于满足水平间隙的要求，而忽略了结构稳定。由于机车受电弓快速通过电分相时必将引起线索振动，吊弦在抬升力的作用下也会松弛鼓肚，这样线索与吊弦间水平距离缩小，极易造成弧光过电压并可能成为电弧长燃的维持通道，进而烧损线索、吊弦。
2.3接触网系统建模及磁场分布
目前，牵引供电方式主要有直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式和AT（自耦变压器）供电方式。高速电气化铁路主要采用直接供电方式和AT供电方式。本文采用多物理场仿真软件对这2种供电方式的接触网进行建模，通过仿真结果分析2种供电方式的磁场空间分布特性。在建立模型时，作以下几个假设：（1）不考虑接触线形状和拉出值的影响；（2）不考虑空间电磁干扰，包括周围输电线路电流、钢轨电流等产生的磁场影响；（3）不考虑大气环境的影响；（4）不考虑电力机车通过时对磁场的影响；（5）假设牵引电流只在接触线中流过。
3系统组成及工作原理
根据前述方案分析，分支接触网故障精确定位系统由分支故障判别设备、信息通信设备、监测分析主机系统和故障测距信息提供设备等各部分构成，其中故障测距信息由综合自动化系统通过远动通道提供。接触网故障分析主机根据实际抢修管理要求可设置在调度所远动主站附近，也可设置在供电段复视系统附近。以接触网故障监测主机设置在供电复视系统区域为例，当现场接触网发生短路故障时，故障测距结果通过远动通道上传调度主站，调度主站通过通信网络将信息转发到供电复视终端设备。接触网故障分析主机通过接口从供电复视终端取得故障测距报文，并且同时通过无线网络从沿线设置的分支故障判别设备获得有关接触网故障信息，利用相关信息进行组合分析，即可得出故障具体位置，可以利用电子地图和接触网供电图数据库进行信息检索和直观故障显示，为供电抢修提供依据，同时，系统也可通过GPRS接口及时将有关信息以短信形式发送到维护技术人员的手机上，便于有关人员及时掌握现场设备运行状况。分支故障判别设备由故障电流监测单元，当地采集分析单元、无线通信网络及辅助电源单元组成。故障电流监测单元根据不同工作地点安装在隔离开关引线或无分支接触网载流承力索上，通过内置电路准确检测线路故障电流，并通过射频通信或Zigbee方式送出故障信息。故障电流监测单元须躲过机车负荷电流变化影响，通过与设定故障电流定值比较，且不受谐波电流影响，可以大大减少误动作报警的可能性。当地采集分析单元就近接收报警信息并通过GSM通信网络传送到远方监测主机。故障电流监测单元的整定动作值为防止机车负荷影响，不能采用常规的过电流定值，须考虑接触网短路电流突变及机车负荷特征，即监测单元通过检测供电线路的电流出现突变增量、随后线路跳闸停电，电流瞬间降为0，从而判定接触网短路故障，该突变增量作为短路故障判别门槛定值，并结合电流跌落条件。短路故障检测方法解决了过电流法存在的误报警、漏报警的局限性，适合铁路冲击性负荷现场应用。
结语
通过对变电所2个供电臂馈线断路器同时跳闸分析，找出了变电所两供电臂接触网分相处短路故障的特点及分析判断方法，对于迅速查找接触网短路故障点和处理故障有一定帮助。同时也说明电抗型故障标定装置存在的一些弱点，因此建议有关生产企业在生产微机保护时，应考虑变电所2个供电臂接触网分相处短路故障的检测方法，使电抗型故障标定装置功能进一步完善。如遇同一分相两侧的馈线同时跳闸时，接触网巡视人员应先赶赴分相处查看设备情况，接触网设备是否有明显烧伤痕迹，同时座台人员向行车部门了解跳闸时间是否有电力机车通过该分相，并详细记录下疑似机车的机车编号、型号及所属（电力）机务段。遇夜间跳闸巡视瞭望受限未发现故障点时，次日白天车间包保干部必须同工区人员共同巡视故障区间（站场），查找跳闸原因，及时发现设备隐患，确保供电安全。
参考文献：
［1］简克良．电力系统分析［M］．成都：西南交通大学出版社，1993．
［2］潘启敬．牵引供电系统及电保护［M］．北京：中国铁道出版社，1987．
［3］TA21型牵引变电所综合自动化系统说明书［M］．成都：交大许继电气有限责任公司，2009．