铁路牵引供电跳闸原因分析及应对措施
时间：2023-04-09 12:55:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
武 骥
（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）
故障跳闸直接威胁牵引供电设备安全运行，严重影响正常行车组织，给国家与企业带来严重损失。由于分公司管内扩容改造工程基本完成，近5 年内设备结构变化较小，AT 供电模式全线贯通。通过研究5 年内历史跳闸数据，总结跳闸原因进行分类汇总，对快速查找原因、消除设备隐患、指导故障抢修具有重要意义。
结合近5 年跳闸数量统计和实际故障点进行分析，接触网跳闸的原因有机车故障、线路故障、变电所故障、施工引起、地方变电站故障、天气原因、过负荷跳闸、电容原因、接口单位引起等，近5 年跳闸原因主要集中在线路故障与过负荷跳闸（表1、图1）。
图1 原因统计分析
表1 近5 年牵引跳闸原因统计 次
2.1 短路故障跳闸
短路故障分为接触网接地故障（T-R 故障）、正馈线接地故障（F-R 故障）、接触线与正馈线短路（T-F 故障）：接触网接地故障有多种原因，如异物接地、机车附件击穿、金属性接地、树木接地、弓网故障等；
正馈线接地故障存在于高阻抗接地比如树木倾限、轻飘浮物接地、断线接地、绝缘距离不足等；
接触线与正馈线短路存在于异物同时搭接。
2.1.1 接触网接地故障原因分析
2.1.1.1 机车故障
机车故障造成断路器距离一段跳闸时，出现机车设备击穿时，动电流较大＞4000 A，电阻＜1 Ω，电抗＜3 Ω；
当不是瞬时击穿或距离二段动作时，电流较小，电阻、电抗较大，线路阻抗角集中于60°～80°；
当为韶4 机车接地时，阻抗角＜20°。机车原因跳闸数据统计见表2。
表2 机车原因跳闸数据统计
2.1.1.2 异物搭接
存在绝缘物瞬时跳闸，如因掉落绝缘物瞬时短路的情况，电流增大，电压降低，电阻、电抗＜10 Ω，阻抗角为60°～70°。
例1：2019 年5 月18 日17 时40 分9 秒，某区段上行线214供电臂，距离I 段动作，故障距离9.64 km，线路阻抗角61.20°，电阻1.44 Ω，电抗2.67 Ω，馈线电压10.88 kV，馈线电流3530.86 A，后经检查发现从控机车前弓上缠绕编织袋，造成跳闸。
例2：2020 年12 月7 日18 时42 分29 秒，某变电所212断路器过流Ⅰ段保护动作，212 过流Ⅰ段保护动作，故障距离10.65 km，馈线电流2707.92 A，馈线电压25.73 kV，线路阻抗角66.90°，电阻3.72 Ω，电抗8.69 Ω。后经巡视发现，隧道上方绝缘板边缘防水胶带掉落，引起承力索与架空地线短路造成跳闸。
2.1.1.3 金属性接地
接触网金属类接地，存在施工单位钢丝绳搭接接触网、带电挂地线等造成跳闸，电流增大，电压降低，同时电流比绝缘物接地大。馈线电流较大＞3500 A，电阻、电抗＜10 Ω，但大于机车故障的情况，阻抗角60°～70°。
例1：2017 年2 月18 日16 时48 分，某变电所220DL 距离I 段保护动作跳闸，故障距离1.29 km，阻抗角64.4°，电阻1.36 Ω，电抗3.18 Ω，馈线电压17.88 kV，馈线电流5033.39 A。后经查有金属物体搭接在接触网上，造成接触网接地跳闸。
例2：2020 年10 月22 日7 时33 分，天窗时间，某变电所214 断路器电流速断动作跳闸，故障距离10.51 km，阻抗角66°，电阻2.41 Ω，电抗5.45 Ω，馈线电压19.35 kV，馈线电流3188.12 A。后经查为有金属物与接触网支柱斜腕臂带电部分接触，造成接触网接地跳闸。
2.1.1.4 接触网断线接地
存在接触网断线接地、承力索断线接地等，数据比照金属性接地。
例：2019 年10 月31 日19 时12 分22 秒，西柏坡变电所211 开关距离I 段保护动作跳闸，故障距离2.63 km，线路阻抗角63.4°，电阻1.49 Ω，电抗2.43 Ω，馈线电流4933.17 A，馈线电压14.04 kV，后经巡视发现承力索断裂造成电源侧一端接地。
2.1.1.5 绝缘子放电接地
存在鸟类在接触线或附加导线上与其他金属部分安全距离不足，造成放电、引起跳闸；
鸟窝在正常情况下与接触悬挂保持安全距离，但有时候存在树枝、铁线等伸出，在大风、雷雨、大雪天气，空气潮湿造成接触网设备放电，引起设备跳闸。
例：2021 年3 月19 日9 时41 分17 秒，某变电所212DL 距离I 段保护动作跳闸，故障距离2.89 km，电阻1.04 Ω，电抗2.84 Ω，U1 电压12.60 kV，馈线电流4162.00 A。后续调查认为，鸟窝有树枝伸入腕臂绝缘子范围，又加上当时天气大雪，造成树枝对绝缘子放电。
2.1.2 正馈线接地故障原因分析
2.1.2.1 绝缘距离不足
正馈线与支柱由于大风天气致使绝缘距离不足，造成空气击穿，造成正馈线接地跳闸。故障电流＞4000 A，故标显示电阻、电抗＞3 Ω，但小于异物直接搭接的情况，线路阻抗角在50°～70°。
例：2020 年5 月6 日13 时22 分9 秒，某变电所214 开关距离I 段保护动作跳闸，故障距离3.53 km，电阻3.89 Ω，电抗4.44 Ω，电压27.8 kV，线路阻抗角57.7°，馈线电流4675.93 A，后经巡视大风天气下（9～10 级），214 正馈线产生共振，导致振幅变大，造成供电线与正馈线绝缘距离不足（小于240 mm），将空气击穿，造成跳闸。
2.1.2.2 异物搭接
异物搭接造成正馈线烧伤，引起断路器跳闸，由于搭接物材质的不同、接触情况的不同，F 线电流较大，变化幅度较大，出现比较多的情况为非金属物造成短路，显示电阻、电抗较大位于5～10 Ω（表3）。
表3 正馈线异物搭接跳闸统计
2.1.3 正馈线与接触线短路故障原因分析
此类故障发生概率较小，一般存在隐患的有上跨桥异物坠落造成线路短接，地方上跨架空线路断线，造成线路短接。
2.2 天气原因
雷击与金属性接地类似需要结合天气情况进行综合分析，由于直击和感应雷不同，电流范围较宽，电阻、电抗约5～10 Ω，阻抗角变化范围太大，不具有参考意义，直击雷时电流较大比照金属性接地，电阻电抗较小，阻抗角在60°～70°（表4）。
表4 某变电所雷击跳闸数据统计
2.3 过负荷跳闸
过负荷跳闸由于机车取流较大、接地电阻不良等情况，一般先发过负荷告警，120 s 后电流无法恢复正常值时主变过负荷跳闸，主要集中在供电方式未改造之前与大坡道、小半径及车辆编组多的区段。
2.4 失压跳闸
存在地方变电站故障引起进线失压跳闸，由于地方变电站故障或由于所内进线断线、压互损坏及压互二次两相熔断或压互二次空开两相断开，造成进线失压跳闸，从而造成馈线断路器失压跳闸。
例：2020 年11 月8 日，某变电所102、103、232、301、322 断路器跳闸，后经巡视发现为进线入所引线B 相电缆头线鼻子烧断，导致上级变电站跳闸引起所内进线失压跳闸。
2.5 保护装置故障造成跳闸
保护装置老化、接线松动造成保护误动，定值设定不合理也可能造成设备跳闸。
2.6 原因不明
利用故障数据进行分析可以大概得出一部分跳闸原因，但在后续的巡视与平推检修过程中未发现故障点，暂列不明原因。随着检修作业精细化，近年来不明原因跳闸现象逐年减少。
3.1 建立联控机制
出现跳闸时供电工队与分公司、变电所、电务工队、车站做好及时沟通，了解跳闸信息，通过故障测距装置锁定故障距离，并分析故障类型，及时派出人员对故障点前后2 km 范围进行巡视；
同时与车站做好沟通，了解行车情况以及跳闸供电臂车流情况，制定最快通车方案；
与电务做好沟通，调取故障点视频监控，锁定故障类型，通过全方位、多渠道信息提高故障处理效率，加快恢复行车组织，要不断摸索各专业联调联控，电供车站一体化处理故障，能第一时间共享数据信息，缩短停电时间。
3.2 提高检修效率，提升设备质量
目前存在设备多，人员少的问题，每年检修都是在重复性进行平推检修。需要通过分析设备运行工况找出故障易发点，然后针对性制定检修方案与检修周期，经过调查近年来设备故障率，发现问题主要出现在两个工队接口处设备、岔区设备、隧道口设备、污染严重的长大隧道设备等，通过总结运行经验，制定合理的检修周期、检修模式、分清轻重缓急，主抓关键节点，逐步从周期修向状态修转变。
3.3 利用大中修，提升设备整体质量
日常检修是保证设备在一个周期内平稳运行，而从根本上提升设备质量还需要依靠设备大中修。从设备出发制定全寿命周期管理，制定设备运行台账，根据安全工作规程规定的设备运行周期，有规划地制定大修计划，解决日常检修中无法解决的问题，保证设备安全运行。
3.4 两级扩容，优化供电质量
在山区大坡道、小曲线半径区段，由于机车取流大极易造成过负荷，对牵引所造成严重冲击，为满足未来运量提升的需要，对所内主变进行扩容，对大坡道及取流较大区段主变容量提升至63 000 kV·A 以上，同时与地方电业局协商，增加上级变电站容量，并对110 kV 供电线路进行增容，优化供电质量，保证线路安全；
同时在编组站与功率不平衡区段加装功率融通装置，提升供电质量，从根本上减少设备过负荷，同时提升主变利用率。
3.5 制度保障，压实责任
要严格执行牵引跳闸汇报制度及应急管理措施，各牵引变电所需加强设备巡视及故障报告分析，跳闸后能够给出建设性意见，指导网电工队查找故障点；
网电工队需要加强练兵及应急材料的准备，总结不同故障需要的材料工具，提升出动效率；
分公司加强制度保障、材料保障、后勤保障，解决在处理过程中影响效率与安全的一切因素，只有各级部门都提升履职能力，才能不断提升工作效率。
3.6 科技保安，提升智能化水平
逐步完善设备智能保护功能，以大数据平台为核心，接入变压器油色谱在线监测、铁芯接地在线监测、套管在线监测、容性设备在线监测、SF6气体在线监测、红外测温、直流蓄电池动态监测等设备保护，同时接入智能机器人巡检数据进行分析，并完善智能安保系统，从外部环境监测牵引所运行安全，同时预留接口，支持条件具备时与其他智能设备接入系统，实现保护协同优化和冗余配置。通过智能化建设，实现实时监控运行状态，发现问题及时报警，自动生成检修任务单。牵引所逐步实现有人值守、无人值班的管理模式，实现延长设备检修、试验周期，并由周期修向状态修转变。
通过分析能够更全面地认识牵引跳闸类型及产生的原因，并通过多维度分析，从不同层面提升设备质量及跳闸后的处理方案，减少因牵引跳闸影响行车组织，提升牵引供电的可靠性。
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