1、西寶客專牽引供電方式及牽引網(wǎng)故障測距一、 概述牽引供電系統(tǒng)是影響實現(xiàn)高速、重載運輸?shù)闹饕蛩刂?牽引網(wǎng)的供電方式及合理的牽引變壓器接線形式?jīng)Q定了牽引供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和效果。為滿足客運專線線路空氣阻力大，線路負荷高的客觀實際要求，西寶客專牽引供電方式采用全并聯(lián)AT供電方式。除牽引變電所外，AT所和AT分區(qū)所上、下行供電臂通過饋線斷路器和隔離開關(guān)分別接入所內(nèi)并聯(lián)母線；接入各所同一方向供電臂上的自耦變壓器采用一主一備運行方式，并設(shè)置故障自投以滿足供電的可靠性要求；同時，為滿足故障情況下的供電靈活性，AT分區(qū)所可通過并聯(lián)母線聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)實現(xiàn)越區(qū)供電。為了在接觸故障情況下盡量縮小故障范圍、靈活切除故

2、障線路和快速查找故障地點，全并聯(lián)AT供電方式設(shè)置了故障判定和測距裝置，以滿足AT供電方式及直接供電方式下的故障判定和測距要求。二、牽引供電主接線方式西寶客專供電方式采用全并聯(lián)AT供電方式，所謂全并聯(lián)AT供電方式指在SS(變電所)-ATP（AT所）-SP（分區(qū)所）的供電臂中，牽引網(wǎng)不僅在供電臂末端的分區(qū)所進行上下行并聯(lián)，而且在供電臂中間的AT所也進行上下行并聯(lián)（如圖1）。從而減少接觸網(wǎng)單位長度阻抗，減少電壓損失和增強供電能力，改善供電質(zhì)量。AT供電方式示意圖圖1 AT供電方式原理圖自耦變壓器供電方式，簡稱AT 供電方式。它具有以下幾個特點：2×25kV系統(tǒng)，供電電壓比直供方式高一倍，電

3、壓損失降為1/4，牽引網(wǎng)單位阻抗約為直供方式的1/4（實際略高），電能損失小，顯示了良好的供電特性； 牽引變電所的間距大，易選址，減少了外部電源的工程數(shù)量和投資； 減少了電分相數(shù)量，有利于列車的高速運行； 牽引網(wǎng)回路是平衡回路，防干擾效果，可改善電磁環(huán)境，并減少防干擾費用； 牽引網(wǎng)系統(tǒng)需設(shè)正饋線，較一般直供方式復雜，但在重負荷區(qū)段不必設(shè)加強導線，可與直供方式相當；變電系統(tǒng)較直供方式減少了牽引變電所的數(shù)量，但需設(shè)AT所，一般AT間距為10-20 km，開關(guān)設(shè)備需用雙極；牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，導線數(shù)量多，對跨線建筑物和隧道凈空要求高，投資較大，保護和維護難度較大。AT供電方式與其他供電方式對比幾種供電方

4、式對比圖示綜上所述，技術(shù)上AT和帶回流線直供方式均能滿足300km/h及以上高速牽引。兩者相比，AT供電方式更能適應(yīng)大功率負荷的供電，同時電分相數(shù)目減少。但AT供電方式接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，供變電設(shè)施較多，運營維護難度較大。以下以西寶客專常興變電所為例對西寶客專變電系統(tǒng)主接線情況進行簡單描述。（一）及主變接線方式（含自投及保護設(shè)置）1、330KV側(cè)主接線方式常興變電所接引電力系統(tǒng)兩回獨立、可靠的 330kV 電源供電（2回外電引自地方330kv段家變電站），兩回電源互為熱備用。牽引變電所 330kV 進線側(cè)采用線路變壓器組接線，不設(shè)跨條；各所兩路進線隔離開關(guān)電源側(cè)各裝一組電壓互感器、一組避雷器并通過

5、手動隔離開關(guān)接引在進線電源上。牽引變壓器采用單相變壓器 V 接形式，設(shè)置四臺40MVA單相變壓器，組成兩組單相V/V接線。兩組變壓器按照固定備用、一主一備方式運行，正常情況下1、3投運，2、4備投，并設(shè)置備用電源自投裝置。如圖2所示圖2常興變電所330側(cè)接線圖目前我國客運專線多采用單相接線和V/X 接線這兩種接線方式。v/x接線原理圖 單相v/v接線原理圖 VX接線VX接線由兩臺用于AT供電的單相三繞組變壓器組合而成，兩臺單相變壓器的原邊線圈作形聯(lián)結(jié)形成與高壓電網(wǎng)連接的三個輸入端，副邊線圈各引出中間接地點，由兩臺單相變壓器的副邊線的四個端點形成型連接的四個輸出端子。其中連接接觸網(wǎng)的次邊繞組是T

6、 繞組，接正饋線的次邊繞組是F 繞組。二次繞組引出了中性點接地可兼作饋線AT。當列車運行于第一個AT段中時，流過主變壓器副邊繞組的牽引電流較大，要求的主變壓器計算容量也較大。主變壓器副邊中點直接接地，部分回流可經(jīng)由大地流回，使防干擾性能降低，且副邊短路時，短路電流較大。當饋電線斷路器斷開而牽引網(wǎng)仍通過開閉所或分區(qū)所越區(qū)供電時，靠近饋電線斷路器斷開的一個AT段的牽引網(wǎng)阻抗和電壓損失增大三倍。當饋電線斷路器斷開而牽引網(wǎng)仍通過開閉所或分區(qū)所越區(qū)供電時，靠近饋電線斷路器斷開的一個AT段的牽引網(wǎng)阻抗和電壓損失增大三倍。故這種接線方式正漸漸被單相接線方式所替代。單相v/v接線原邊繞組接入三相電力系統(tǒng)的A、

7、B 相。副邊繞組出線端子分別接到2×27.5kV 上下行牽引母線上。牽引母線分別通過饋電線向變電所兩側(cè)供電臂的牽引網(wǎng)供電。目前的單相變壓器都已經(jīng)集成了自耦變壓的功能，從而減少了二次出口側(cè)的自耦變壓器，簡化了牽引供電系統(tǒng)的接線和設(shè)備投資。單相接線優(yōu)缺點:采用單相接線的牽引變壓器，接觸網(wǎng)電分相的數(shù)量是其他牽引變壓器的一半，適應(yīng)高速鐵路列車運行速度高的要求。西寶客專牽引變電所多采用330kV的進線電壓等級，較之110 kV 電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗小、短路容量大，牽引負荷所引起的諧波、負序和電壓波動問題可望得到較大緩解。從而在一定程度上克服了單相變壓器的缺點，為采用單相變壓器的使用創(chuàng)造了條件。單相變壓

8、器具有結(jié)構(gòu)簡單、一次側(cè)設(shè)備數(shù)量少、容量利用率高、電能損耗小、有效利用列車再生電能、運營費用低、運營維護方便和工程投資較低、占地面積小等優(yōu)點，這是其他接線形式的牽引變壓器所不具備的。單相接線牽引變壓器也存在一定缺點，安裝容量過大時，負序治理和變電所設(shè)計均比較困難。西寶客專牽引主變設(shè)計采用單相V/V接線，有效的減少了接觸網(wǎng)電分相的數(shù)量；提高了容量利用率；減小了電能損耗，是現(xiàn)階段客運專線比較常見的接線方式。2、保護設(shè)置牽引變壓器設(shè)置：變壓器保護主要用于牽引變壓器內(nèi)部、外部故障及超出允許范圍內(nèi)的過負荷保護。主變壓器由差動保護單元、后備保護單元及測控單元組成。設(shè)有重瓦斯保護、差動保護、高壓側(cè)進線電源失壓

9、保護和低壓側(cè)低電壓過電流保護等，保護動作將使牽引變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的斷路器分閘并作用于事故信號；設(shè)有輕瓦斯保護、過負荷保護和過熱保護等，保護動作將作用于預(yù)告信號。自耦變壓器的本體保護，設(shè)有重瓦斯保護，差動保護和過電流保護等；保護動作將使斷路器跳閘并作用于事故信號；設(shè)有輕瓦斯保護、壓力保護和過熱保護等，保護動作將作用于預(yù)告信號。3、自投方式（進線失壓和主變故障啟動備自投）330KV的1號進線與2號進線相互備用，1、3號主變與2、4號相互備用。以下以1號進線受電，1、3號主變運行，1021在分位的情況進行分析。1號進線失壓：先依次分開101、201、203、2011、2031、1011，然后檢2

10、號進線是否有壓，若有壓則合2021、2041、102、202、204。1、3號主變故障：先依次分開101、201、203、2011、2031、1011，然后檢2號進線是否有壓，若有壓則合2021、2041、102、202、204。（二）饋線側(cè)主接線方式1、主接線方式常興變電所饋線側(cè)接線圖西寶客專牽引變電所饋線側(cè)采用饋線斷路器互相備用方式。上下行由一個斷路器供電，另一個備用。兩饋線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)。當運行斷路器故障退出運行后，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)投入備用斷路器。饋線側(cè)設(shè)備：2×27.5kV 側(cè)接線采用單母線帶隔離開關(guān)分段的接線型式。主變壓器 2×27.5kV 側(cè)的 T 和 F 線通過

11、雙極斷路器、電流互感器和雙極手動隔離開關(guān)接至 2×27.5kV 母線上。同一供電臂饋線之間設(shè)置一臺上、下行聯(lián)絡(luò)電動隔離開關(guān)，可使所接的上、下行饋線斷路器和隔離開關(guān)互為備用。2、饋線保護設(shè)置設(shè)置電流速斷保護、過流保護、電流增量（高阻接地）保護和距離保護等；具有重合閘功能和直供方式測距功能。對于有AT供電饋線的供電臂設(shè)有故障測距裝置，當牽引網(wǎng)AT供電方式時采用AT中性點吸上電流比原理實現(xiàn)故障測距；當AT解列后變成直供方式時則由饋線保護裝置自帶的測距功能以線性電抗逼近法原理實現(xiàn)測距，兩者相結(jié)合完成不同運行方式下的測距功能。AT所、AT分區(qū)所：饋線設(shè)有失壓跳閘和失壓后檢有壓自動合閘功能。3、

12、饋線自動重合閘及與AT所、分區(qū)所保護配合在AT供電正常運行方式下，當發(fā)生瞬時故障時，牽引變電所同一側(cè)供電臂上、下行饋線斷路器保護跳閘， AT所、分區(qū)所饋線斷路器先后因失壓保護動作，延時跳閘；經(jīng)過重合閘整定延時后，牽引變電所同一側(cè)供電臂上、下行饋線斷路器發(fā)出重合閘指令，若重合成功，AT所、分區(qū)所饋線斷路器檢有壓并延時后自動合閘，此時恢復為AT供電方式供電。當發(fā)生永久性故障時，牽引變電所同一側(cè)供電臂上、下行饋線斷路器重合閘失敗，因未到整定時限，AT所、分區(qū)所饋線斷路器無法檢有壓合閘，故上、下行解列，短時供電方式為直接供電方式。4、接觸網(wǎng)供電線接線方式牽引變電所主變輸出電壓為55kV，經(jīng)AT（自耦變

13、壓器，變比2:1）向接觸網(wǎng)供電，一端接接觸網(wǎng)，另一端接正饋線（簡稱AF線，架在田野側(cè)，與接觸懸掛等高），其中點抽頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在AF線下方還架有一條保護（PW）線，當接觸網(wǎng)絕緣破壞時起到保護跳閘作用，同時亦兼有防干擾及防雷效果。三、故障測距（一）中性點吸上電流比測距原理AT吸上電流比原理是20世紀60年代末日本提出的，其基本原理如下：假設(shè)AT為理想變壓器、鋼軌對地全絕緣，且沿線路阻抗參l=lk+Iat(k+1)Iat(k)+Iat(k+1)D數(shù)均勻分布，則當故障發(fā)生在第k至第k+1個AT之間時，有：式中：-第K

14、個AT所距變電所的距離(km)； k-第k個和第k+1個AT中性點吸上at(k)at(k+1)電流（A）； lIID-第k至k+1個AT間距（km）。Iat(k+1)稱為吸上電流比，簡稱Q值。 上面式中Iat(k)+Iat(k+1) 說明：由于各廠家在用吸上電流比計算時，Q值的倍率選取和計算公式的不同。從Q值的計算公式可以看出Q<1,但為了傳輸和計算的方便，可能會將Q值放大100倍。由于故障時，吸上電流比 會受到站場、大地泄漏、AT漏抗等因素的影響，所以在程序設(shè)計中，不采用整個AT段的直線測距公式，而是采用分段線性法，0.10變電所0Q1Q=0.60Qn=0.50AT所1分區(qū)所D1-kL

15、=Di+xk+(xk+1-xk)Qk+1-Qki=0Q-Qn0.6-0.5L=Di+xn+(xn+1-xn)=D0+xn+(xn+1-xn)Qn+1-Qn0.7-0.5i=0n-1n-1D0舉例：圖中短路點的計算AT吸上電流比缺陷裝置一次投資高：為了保證故障點兩側(cè)AT中性點吸上電流的同步采集，必須敷設(shè)專用的傳輸數(shù)據(jù)和控制信號通道；必須在每個AT處都設(shè)置一套數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置。原理適用性較差：發(fā)生T-F故障時，AT被旁路，無法采集AT吸上電流；AT供電方式解列，AT退出運行，無法抽取AT中性點吸上電流。裝置可靠性低：當專用通道、AT處安裝的數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置有任意一處故障則無法測距。（二）電抗逼

16、近法測距原理牽引網(wǎng)短路時存在一定的過渡電阻，所以利用電抗和距離關(guān)系進行故障定位。X L接線示意圖l=ln-1+計算公式： Xn-Xn-1(X-Xn-1)ln-ln-1注意：供電臂上區(qū)間和站場的的單位阻抗不同，需分段線性整定，站場的單位電抗一般按區(qū)間電抗的1/3整定。（三）故障測距數(shù)據(jù)采集過程當AT牽引網(wǎng)發(fā)生故障后，變電所饋線保護啟動的同時，通過專用通道下發(fā)一個數(shù)據(jù)采集命令，在故障電流切斷前，同步采集每個AT中性點吸上電流，將每個AT中性點吸上電流通過專用通道傳送到牽引變電所，比較各AT中性點電流的大小，電流最大的兩個電流所在的AT段即為故障點所在區(qū)域，再通過軟件計算出具體測距位置。各AT所饋線均裝有電壓互感器，利用電壓互感器測得的電壓啟動低電壓元件啟動AT中性點電流采集，一直持續(xù)到電流截斷為止（電流截斷由變電所饋線保護跳閘完成）。（四）故障判定及測距在正常運行方式下（AT所并聯(lián)：兩個饋線斷路器合位、聯(lián)絡(luò)開關(guān)合位），當發(fā)生瞬時性故障，收集AT所、分區(qū)所故障數(shù)據(jù)，主要采用吸上電流比測距原理；當發(fā)生永久性故障，直接采用變電所測距裝置電抗法測距（數(shù)據(jù)采用重合閘失敗后的測量電抗）。首先判斷是否TF線故障。當變電所、AT所和分區(qū)所的吸上電流小于TF型故障判斷的電流整