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解决方案：论短路试验对校核AT供电故障测距系统的重要性

单位：成都供电段作者：沈灵

　　高速铁路列车开行速度快，行车密度大，牵引接触网线路一旦发生故障，将会导致列车停运，严重影响高铁的运输秩序，因此高速铁路对牵引接触网供电可靠性提出了更高的要求。当接触网线路发生故障跳闸时，故障测距装置必须根据采集到的故障数据快速、精确地判断出故障性质和故障点距离，为故障处理提供准确的数据支撑，协助接触网抢修人员尽快找到故障点，及时排除故障，在最短时间内恢复接触网上供电，这就接触网故障测距装置的精度提出了相当高的要求。

　　故障测距装置在接触网发生故障时提供的测距是否精确，直接取决于装置录入的基础数据和装置外部接线是否正确。由于现有高铁运行线路工况均不相同，基础数据也不可能完全一样，但现在各条新线投运之初测距装置大都使用的是厂家提供的经验数据，除开线路长度等数据略有不同外，其它基础参数基本相同。所以在高铁正式投入运行前，供电段需要在线路上模拟不同供电模式下各类性质的接触网短路，验证接触网故障测距系统工作的可靠性，并对取得的实验数据进行分析归纳，调整故障测距的相关数据，保障测距精度满足实际运行要求。

　　一、短路试验准备工作

　　高速铁路多采用全并联AT供电模式或者分开直供模式进行供电，日常运行中容易发生接触线对地、正馈线对地、接触网与正馈线相间短路等各类性质的短路故障。为验证故障测距装置基础数据设置是否合理、外部接线是否正确以及在不同供电模式、不同短路性质的故障中测距精度是否满足要求，需要在同向供电臂上下行线路第一AT段、第二AT段上选取不同的短路点，分别模拟全并联AT供电、分开AT供电、分开直供等不同供电方式下接触线对地、正馈线对地、接触网与正馈线相间短路等各类性质的接触网短路故障。

　　试验区段变电所、分区所、AT所均采用同一综自厂家的保护装置和故测装置，变电所馈线投入速断、高阻一段、阻抗一段、阻抗二段保护，退出重合闸功能，退出PT断线闭锁阻抗保护功能；AT所、分区所馈线和自耦变退出失压保护压板，自耦变退出自投功能。

　　短路点不设置断路器，每次短路试验均是永久故障。变电所母线及馈线停电后在短路点用预制好的接地装置直接接地，试验开始后在变电所保护屏上手合馈线上下行断路器，最后手合主变低压侧断路器对馈线上下行线路同时进行送电。

　　（一）基础数据设置

　　故障测距关键定值设置情况：

变电所AT故障测距装置关键定值

　　变电所直供测距关键定值

　　T线第一段单位电抗一次值：0.309Ω/km；T线第二段单位电抗一次值：0.302Ω/km；

　　F线第二段单位电抗一次值：0.467Ω/km；F线第二段单位电抗一次值：0.453Ω/km；

　　架空供电线单位电抗一次值：0.359Ω/km；

　　TF短路单位电抗一次值：0.305Ω/km。

TR短路测距定值：

FR短路测距定值：

TF短路测距定值：

　　（二）短路点示意图

短路试验位置示意图

短路类型及短路点距离

短路试验测距结果

　　二、短路试验数据统计

图例符号说明

　　（一）第二AT段分开直供接触线对地短路

　　供电模式：分开直供

　　短路模式：T-R

　　短路点：分区所附近下行线路

　　公里标：K106+119.007

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所

AT所

分区所

　　（二）第二AT段全并联AT供电接触线对地短路

　　供电模式：全并联AT供电

　　短路模式：T-R

　　短路点：分区所附近下行线路

　　公里标：K106+119.007

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（三）第二AT段全并联AT供电正馈线对地短路

　　供电模式：全并联AT供电

　　短路模式：F-R

　　短路点：分区所附近下行线路

　　公里标：K106+119.007

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（四）第二AT段分开直供正馈线对地短路

　　供电模式：分开直供

　　短路模式：F-R

　　短路点：分区所附近下行线路

　　公里标：K106+119.007

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（五）第二AT段全并联AT供电接触线对正馈线短路

　　供电模式：全并联AT供电

　　短路模式：T-F

　　短路点：分区所附近下行线路

　　公里标：K106+119.007

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（六）第一AT段全并联AT供电接触线对地短路

　　供电模式：全并联AT供电

　　短路模式：T-R

　　短路点：AT所附近下行线路

　　公里标：K93+676.665

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（七）第一AT段AT分开供电接触线对地短路

　　供电模式：AT分开供电

　　短路模式：T-R

　　短路点：AT所附近下行线路

　　公里标：K93+676.665

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（八）第二AT段全并联AT供电接触线对地短路

　　供电模式：全并联AT供电

　　短路模式：T-R

　　短路点：AT所附近上行线路

　　公里标：K93+776.665

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　（九）第一AT段分开直供接触线对地短路

　　供电模式：分开直供

　　短路模式：T-R

　　短路点：牵引所附近上行线路

　　公里标：K84+085.003

　　短路电流分布图

　　AT故障测距装置动作报告

牵引所：

AT所：

分区所：

　　三、短路试验故障测距分析

　　1.直供测距分析

　　1.1馈线保护测距实测数据

短路试验直供馈线测距结果如下表

　　1.2故标直供测距实测数据

短路试验直供故标测距结果如下表

　　1.3数据误差分析

　　从1.1和1.2的直供误差统计表中可以看出：

　　（1）两台装置的直供测距结果有一些差异的原因是：虽然两台装置的直供测距定值都是根据最新的核实过的供电线长度进行整定的，馈线保护装置电抗定值可整定为小数点后两位，故标装置的电抗定值可以整定为小数点后三位，所以才会出现2台装置结果有一点差异的情况。

　　（2）从故标装置直供测距结果的误差来看，TR直供故障的误差是一致偏大的，且FR直供故障的误差也是一致偏大的；第9次短路时，变电所上网点处的TR短路时的误差最大，所以先考虑调整变电所的供电线短路单位电抗，然后根据这个电抗来调整后续的AT所处短路和分区所处短路时的TR短路单位电抗。调整后的结果如下：

　　①根据第9次短路时测距装置测得的电抗值为1.3608Ω，供电线长度为2.815km，所以供电线的单位电抗为0.4834Ω/km。

　　②第1次短路为分开直供，分区所附近的TR短路，测距装置测得的电抗值为8.054Ω，对应的线路长度为24.849km，假定第1AT段的单位电抗与第2AT段的单位电抗相同，则反推第2AT段的TR短路单位电抗为0.304Ω/km。

　　③第4次短路为分开直供，分区所附近的FR短路，测距装置测得的电抗值为12.567Ω，对应的线路长度为24.849km，假定第1AT段的单位电抗与第2AT段的单位电抗相同，则反推第2AT段的FR短路单位电抗为0.509Ω/km。

　　修正后的线性电抗表如下：

TR短路测距定值：

　　FR短路测距定值：

　　（3）对比保护装置和故标装置的直供测距误差，一共3次TR和FR直供短路故障，故标的测距误差都小于保护装置的测距误差，所以运营中优先考虑故标的直供测距结果。

　　从以上数据可以看出，此次短路试验验证了测距装置的测距分段数和单位电抗定值与实际线路情况基本吻合。

　　2、AT方式测距分析

　　2.1影响测距精度的因素

　　"AT中性点吸上电流比原理"测距公式如下，

（式1）

　　式中：

－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。

　　由公式1，可以把影响故障测距精度的因数分为两类，一类是需要实际采集的数据IGn，IGn＋1，取决于同一供电臂上多台故障测距装置数据采集的同步性及准确性；另一类是需要人为整定的参数，主要包括Ln、Dn、Qn、Qn＋1、Kn、Kn＋1，取决于现场实际参数。AT中性点的吸上电流数据采集的同步性对故障测距精度起着至关重要的影响，对故障测距参数的修正是在保证数据同步采集的前提下对需要输入的现场参数进行调整，所有首要任务是验证数据的同步采集。

　　2.2AT测距精度及分析

　　①测距精度

　　短路试验AT方式测距结果如下表所示

　　②测距结果分析

　　测距公式：

公式2

　　其中Qn=Qn+1=7；kn=kn+1=1

　　短路点在第一个AT区间时：Ln=0；Dn=12.544

　　短路点在第二个AT区间时：Ln=12.544；Dn=12.647

　　1）在分区所附近全并联供电方式下的TF短路时（第5次），测距精度很高，误差为0.203km，测距的定值可以不做调整。

　　2）在AT所附近全并联供电方式下的TR短路时（第6、7、8次），测距精度很高，误差为0.028km、0.046km和-0.082km，测距的定值可以不做调整。

　　3）在分区所附近全并联供电方式下的TR短路和FR短路时（第2、3次），测距误差分别为－0.854km和－0.625km，从网络电流分布图看，变电所、AT所和分区所的电流流向和大小平衡，说明故障测距装置的交流量采集没有问题，3个所的时间也应该是同步的，出现这样的误差，可考虑通过调整Q值来缩小测距误差。通过推算，将原先Q2=21，Q3=14，修改为Q2=7，Q3=15，可以将这2次的测距误差缩小为0.481km和0.569km。

　　③故障测距结果说明

　　a.第一个AT区间TR线短路和FR线短路的AT测距误差很小，均在100米以内；

　　b.第二个AT区间TF线短路的AT测距误差很小，在200米左右；

　　c.第二个AT区间TR线短路和FR线短路的AT测距误差在700米左右，通过修正AT所和分区所的Q值，可以将测距误差缩小为500米左右。

　　结束语

　　由于AT全并联供电方式接触网架构复杂，故障几率增加，故障巡检困难，所以对故障测距精度的要求也越来越高。然而目前客专普遍采用的AT全并联运行方式的故障测距精度受实际线路工况影响较大，所以在经过短路试验对原始数据进行校核后，仍需要大量实际数据进一步对测距结果进行修正，因此在日常运行管理中需要技术人员认真收集每一个故障点的跳闸数据，根据实际跳闸数据对测距参数做出调整，以便更好的缩小误差，提高测距精度。