付振民 上海铁路局调度所

萧山2#牵引变电所杭州东方向故障测距分析

付振民 上海铁路局调度所

通过分析杭州东站的供电现状，同一般AT供电区段作了比较。为便于故障测距分析，从电路拓扑结构上可将其化简成通常的AT供电模式，根据故障测距原理，即可将故障测距值的大小分成三种情况来分析，为区分故障点的所在区段，准确判断和查找故障点提供了依据。

杭州东站；AT供电；全并联；故障测距；吸上电流比；线性电抗

1 杭州东站供电现状

萧山2#牵引所杭州东站供电臂为673、674单元，分为沪杭长场、宁杭甬场两个供电分束，末端分别是杭州东分区所和杭州北分区所，在供电臂中间有宁围AT所。目前的运行方式是宁围AT所和杭州北分区所上、下行并联，AT变各投入一台。杭州东分区所上、下行不并联，AT变不投入。

为分析方便，我们可将萧山2#牵引所位置记为A点，宁围AT所位置记为B点，并联点处记为C点，杭州北分区所位置记为D点，杭州东分区所位置记为E点。A-B-C-D区段称之为主回路，CE区段称之为支回路。AC间距离为18.17km。如图1所示。

图1 杭州东站供电现状

杭州东站的供电模式相较于一般AT供电区段很特殊，因其有两个末端分区所，这使接触网的保护和故障测距更加复杂。下面分析杭州东站的供电和一般AT供电区段的电路拓扑有何异同。

2 一般AT供电的电路拓扑

所谓“一般”是指上海局大多数的AT供电方式，是一个牵引所供上下行线路，中间有AT所，末端只有一个分区所。AT所和分区所全并联供电，AT变各投入一台。其电路模型可用图2表示。

图2 AT供电电路模型

理想情况下机车牵引电流（或短路电流）全部被两侧AT变吸上，经正馈线（F线）流回牵引所，在其他AT段的钢轨和PW线中无牵引电流(钢轨和PW线每隔1200m～1500m并联一次)。

运行经验表明：AT供电区段发生的短路故障绝大多数是接触网或正馈线对钢轨、PW线的短路，即T-R/F-R故障，本文只分析此类故障。

铁路牵引供电的供电臂较长（AT区段最长的40km～50 km），发生短路故障后，为了及时处理故障，减小接触网停电对铁路运输的影响，需要在最短时间内找到故障点。为此需要专门的设备来测量短路点到牵引所的距离。

3 故障测距的原理

萧山2#牵引所安装的是国电南自公司的型号为WGB-65U（A型）的故测装置，在AT所、分区所安装是WGB-65U（B）型的故测装置，通过专用的通信通道组成一套完整的故测系统。

牵引所的故测装置在判断接触网发生故障后，通过通信通道向同一供电臂上的AT所、分区所发送取故障数据的指令，各子所收到指令后，保存与牵引所同一时刻的故障电量，并上传至牵引所，由牵引所的故测装置按相应原理来计算故障距离。全并联运行时利用“AT中性点吸上电流比”原理来测量T-R/F-R故障距离；在AT变解列的直供方式，利用“线性电抗法”来测量故障距离。

3.1 AT中性点吸上电流比测距原理

AT牵引供电系统由于线路短路阻抗值非线性，当发生T-R/F-R短路故障时，整个供电臂上所有的AT吸上电流的最大值出现在故障点两侧，且两个AT中性点吸上电流之比与故障点离两个AT的距离是成反比。当故障发生在第n个AT和第n+1个AT之间时，如图3所示。

图3 吸上电流比测距原理图

此时可按如下公式计算故障距离：

式中：

L：故障点距牵引所的距离；

Ln：牵引所距第n个AT的距离；

Dn：第n个AT与第n＋1个AT之间的距离；

In，In+1:分别为第n个AT与第n+1个AT中性点的吸上电流；

Qn,Qn+1：整定值，与AT间距离大小、钢轨漏抗、AT漏抗、馈线长短、钢轨联接导电情况等因素有关，取经验值5-10；

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。

3.2 线性电抗法测距原理

在接触网AT供电方式下，由于某些原因各所AT解列转成直供方式时，原先的吸上电流比原理将不适用此种情况。此时应采用线性电抗法来进行故障测距。牵引所处测得的短路电抗与故障点的距离成分段线性关系。测距公式如下：

式中：

L：故障点到牵引所的距离；

Li：线性电抗法定值中的T-R或F-R故障第i点的距离；

Li+1：线性电抗法定值中的T-R或F-R故障第i+1点的距离；

Xi：线性电抗法定值中的T-R或F-R故障第i点的短路电抗；

Xi+1：线性电抗法定值中的T-R或F-R故障第i+1点的短路电抗；

Xcal：牵引所测得的短路电抗，其值介于Xi和Xi+1之间。

4 杭州东站AT供电的电路拓扑

杭州东站目前运行方式的电路拓扑，是在一般AT供电的拓扑结构上在C处T接了CE间的接触网，如图4所示。

图4 杭州东站供电拓扑

因为杭州东分区所上下行接触网不并联，AT变不投入，电力机车在CE间的任一处（记作F点）取流时只和所接触的T线发生电流联系，和邻线T线、上下行的F线均无电流联系。在电路分析时可以把电力机车、所取流的T线、钢轨和PW线“拉”到并联点C处，同原本在C处取流的情况比较，相当于在受电弓与T线间串联了一个阻抗Z，它包括CF间的T线、钢轨和PW线的阻抗，见图5所示。此时的机车电流（或短路电流）I会比未串联阻抗Z时略小，但对于两侧的AT变中性点吸上电流的比值不会有影响。因此短路故障点在支回路CE间时，用“吸上电流比”原理测出的故障距离只能是C点的距离。

图5 杭州东站供电拓扑变形

5 杭州东站供电臂的故障测距

当供电臂中沪杭长场、宁杭甬场分别发生短路故障时，其故障点到牵引所的距离有可能是相等的，也就是说故障点到牵引所的实际距离大于并联点C的距离时，故障点可能在主回路上，也可能在支回路上，这也是其相较于一般AT供电区段的特殊之处。

在日常运行时，当接触网发生T-R/F-R短路故障时，可按照测距装置给出的故障距离L的大小来分析故障点的所处的区段。并联点C处距牵引所A的间距是18.17km，考虑故测距离允许有1km的误差，用17.17km处的H点和19.17 km处的I点把主回路AD分为三个小区段，考虑三种情况。重点分析第三种情况。

（1）当L＜17.17km时，说明故障点是在AH之间。

（2）当L＞19.17km时，通过对图5的分析，可判断故障点在主回路DI之间。

（3）当17.17km＜L＜19.17km时，故障点可能在主回路上C点附近，也可能在支回路上的任意一点，下面按永久故障和瞬时故障两种情况来分析。

发生永久故障时，牵引所的上下行断路器会同时跳闸，此时故测装置会采用“AT中性点吸上电流比”原理来测量故障距离L并上传至调度中心；1s后AT所、分区所的馈线断路器和AT变的断路器均会失压跳闸，AT供电方式转成直供方式；2s后牵引所上下行断路器会利用自动重合闸功能自动合闸，此时无故障的线路会合闸成功，发生故障的线路因故障点依然存在会第二次跳闸，此时故测装置采用“线性电抗法”原理测量出故障距离L2并上传。若L2的值在17.17km与19.17km之间，则判断故障点就在C点附近。若是L2＞19.17km，说明故障点到牵引所的实际距离大于并联点C处的距离，但通过“吸上电流比”原理的分析排除了在主回路CD间的情况，则可判断故障点必在支回路CE之间。

发生瞬时故障时，第一次跳闸后故障点即消失，各所的断路器会自动重合闸成功，线路恢复正常运行方式。此时没有L2，也就不能判断出故障点是在主回路还是支回路，但这不会对接触网的正常供电和铁路运输造成影响。

6 结束语

目前杭州东站的运行方式对于故障测距是不利的。发生永久性故障时，为减少接触网工区查找故障点的时间，通常是利用网上远动开关多次分段试送电，这种方法是有弊端的，一是增加了判断时间，更重要的是会造成多次短路跳闸，使供电设备再次经受大电流冲击，可能会造成更严重的故障，反而会增加故障处理的时间。但本文所述的分析方法可以使供电设备免受大电流的再次冲击，并且可在几秒钟内判断出永久性故障点所在区段，使接触网工区可以直奔故障点处，能给故障点的判断、查找和处理赢得时间，减少了接触网故障停电时间，并减小对铁路运输的影响。

[1]李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析（第二版）.成都：西南交大出版社, 2010.5.

[2]谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统（第二版）.成都：西南交大出版社,2007.3.

[3]国电南自WGB-65U微机故障测距装置技术说明书.

[4]中铁第四勘察设计院.杭州枢纽供电示意图.

责任编辑：王华徐伟民来稿日期：2014-11-26