对牵引供电系统接触网保护回路的探讨

第３２卷第２期　２０　１　４年３月　佛山科学技术学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｏｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ＶｏＩ．３２　ＮＯ．２　Ｍａｒ．２０１　４　文章编号：ｌ００８—０１７ｌ（２０１４）０２—００３２—０４　对牵引供电系统接触网保护回路的探讨　陈　刚　，汪承勇　（１．武汉铁路职业技术学院电子电气工程系，湖北武汉４３０２０５；２．武汉铁路局襄阳供电段，湖北襄阳４４ｌ００３）　摘要：对电气化铁路ＡＴ、直供等不同制式牵引供电系统中保护回路进行分析，研究保护回路对铁路信号、供电　系统等铁路行车相关设备的典型影响。对保护回路引起的红光带、网压过低、地网带电等典型故障现象进行深　人分析．给出处理方法和预防措施。提出接触网设备保护回路属于牵引供电系统主导电回路的新观点。　关键词：保护回路；供电系统；吸上线：保护线；主电路　中图分类号：ＴＭ７７　文献标志码：Ａ　电气化铁路牵引供电系统中接触网设备的电气回路包括主导电回路和保护回路两个方面。主导电　回路一般指馈线、导线（载流承力索、载流吊弦）、电连接、开关引线等，主导电回路不畅会烧损接触网零　部件，直接影响供电，各级供电设备检修人员重视，出现问题易被发现；而保护回路在正常工作时为牵引　电流提供低压回流通道，故障时启动继电保护装置，发生的问题一般较隐蔽，容易成为供电设备安全的　隐患。本文对牵引供电系统接触网保护回路进行探讨。　１　不同供电制式的保护回路　（１）直供方式的保护回路。该回路由钢轨、火花间隙及其连线构成，正常工作时钢轨作为回流通道；　故障时电流通过钢轨、火花间隙、接地网回到所亭，启动保护装置。　（２）直供＋回流（包括ＢＴ）的保护回路。该回路的通道由回流线、钢轨、吸上线及所亭接地网构成。　故障时回流通道又作为保护回路，电流通过回流通道，启动保护装置。　（３）自耦变压器（ＡＴ）方式的保护回路。该回路正常工作时钢轨、吸上线（ＣＰＷ线）、所亭中性线（Ｎ　线）承担回流通道；故障时电流通过保护线或钢轨一吸上线一保护线、所亭中性线，启动保护装置。ＡＴ方式　所亭的接地网不流经接触网的牵引电流和故障电流＿ｌ　Ｊ。　２保护回路对相关行车设备的影响　２．１　ＡＴ方式　２．１．１　临时措施不当的影响　（１）故障现象。某ＡＴ制式区段，发生了倒杆断线设备故障，通过立临时抢修铁塔开通后，该区段却　显示红光带，电务部门检测到两钢轨电压高达１ｏ７　Ｖ，如图１所示。　（２）故障分析。抢修铁塔为金属设备，这种抢修方式将保护线一附加悬挂肩架一抢修铁塔本体一抢修铁　塔底座（金属）一单边钢轨连接在一起，导致保护线（／１１作时一般有４００～６００　Ｖ电压）与单边钢轨等电位，　两轨电压差超过１０ｏ　Ｖ，产生红光带，影响行车。　收稿日期：２０１　３－０９一Ｏ４　基金项目：中央财政支持专业建设研究专项课题资助项目（ＤＺＺＸＨ２０１３０３）　作者简介：陈刚（１９６７一），男，湖南长沙人．武汉铁路职业技术学院副教授。　第２期　陈　刚等：对牵引供电系统接触网保护回路的探讨　３３　（３）处理方法。ＡＴ方式，保护线有４００￣－－６００　Ｖ电压，不得与钢轨直接相联。工作人员用一片瓷瓶将　Ｐｗ线与附加悬挂肩架隔开，该区段显示的红光带消失，Ｐｗ线的处置措施如图２所示。　线　圈１　ＰＷ线的临时措施　图２　ＰＷ线的处置措施　２．１．２特殊地段的影响　（１）故障现象。某大桥南引桥偶尔产生红光带。　（２）故障分析。经过仔细查找，在正桥８３＃接　触网支柱处，火花间隙靠轨道～侧的引线（直径１６　一　的钢筋）搭在一根金属自来水管上（守桥部队用），　而水管搭在铁桥的本体上，如图３所示。铁桥为可　塔　躲　靠接地体，经测量，Ｒ＞５　ｎ，相当于将一侧的钢轨　Ｖ　连上了接地极。列车经过时桥体震动，水管与火花　蜷　鉴　间隙引线接触电阻忽大忽小，从而导致偶尔产生红　光带。　（３）处理方法。将火花间隙引线改为绝缘电缆，　红光带消失。　图３火花间隙引线引起的故障　２．１．３施工的影响　（１）故障现象。某牵引变电所放电器爆炸，同时接地装置、爬梯全部显示１　ｋＶ以上的电压。　（２）故障分析。该区段采用ＡＴ供电方式，牵引变电所出口馈线处的自耦变压器中心抽头通过中性　线与保护线联接，保护线与轨道（尺）通过吸上线并联。为防止故障时钢轨电压过高，在所亭中性线与接　地网之间设置放电器（ＦＤ），放电器的动作电压为３　ｋＶ左右，正常工作时所亭接地网与回流不相干；当　钢轨电压过高超过３　ｋＶ时，放电器瞬间动作后恢复，轨道和非故障导线的电位因放电器的电极间隙放　电而得到抑制　ｊ。　在本案例中，接触网没有发生故障而放电器却发生了爆炸，这只有一个可能就是接地网通过了回　流。经检查发现，所亭处的吸上线被工务部门施工挖断，导致牵引电流强行通过接地网、放电器、中性线　回流，击穿了放电器，放电器击穿原理如图４所示。　（３）处理方法。紧急恢复吸上线、更换放电器后，故障排除。　２．１．４设备改造的影响　（１）故障现象。电力机车司机反映：分区亭处偶尔发生网压过低现象。　（２）故障分析。随着新技术的采用，电务部门将大量的三显示区段改成了四显示。该区段的绝缘轨　都变成了非绝缘轨，大量的扼流变被取消，区间的吸上线因无法安装被取消。　（３）处理方法。为便于分析，假定每个锚段范围以内的网压相等，以中心锚结处为观测点，通过多次　观测，分析发现：吸上线拆除处，该锚段电压明显降低，经过和电务部门联系，在第ｌ、５、１２锚段对应的钢　轨上补装部分空载扼流变，恢复吸上线，这些锚段处的电压大大改善，吸上线恢复前后供电臂各锚段电　压分布对比如图５所示。　３４　佛山科学技术学院学报（自然科学版）　第３２卷　匿　嬲　ｒ、＾＾『、＾＾／、　ｌ　船　Ｉ　Ｍ座　吸　上　线　断　开　时　查　所亭地网　一一一一一一一＝一一　一一　引　电　流　图４放电器击穿原理　＞　Ｈ皇　ＩＥ　ｌ　２　３　４　５　６　７　８　９　１Ｏ　ｌｌ　ｌ２　锚段　锚段　ａ　ＣＰＷ线恢复前　ｂ　ＣＰＷ线恢复后　图５　吸上线（ＣＰＷ线）恢复前后供电臂各锚段电压分布对比　２．２直供＋回流方式（包括ＢＴ）　依据设计要求，直供＋回流方式必须每３　ｋｍ设置一吸上线，变电所的轨、地回流比例为３：１，即大　部分牵引回流均从轨道及吸上线流回，吸上线设置不当的对牵引供电质量影响巨大。　（１）故障现象。某新开通变电所出现“Ｖ”停作业接挂地线时，不断产生火花，证明地网电压过高。　（２）故障分析。为找出电压、电流的来源，在机车通过时对该所地、轨回流持续测量，结果见表１。　表１　故障排除前的地轨回流　Ａ　由表１可知，轨回流与地回流之比近似ｌ：３，地回流太大，初步判定为吸上线状态不良。但现场测　量发现吸上线状态良好，仔细研究ｕ及上线的位置发现，每３　ｋｍ设计了一处吸上线，距ＳＳ南边、北边１．５　ｋｍ处各设置了一处吸上线，跳过了变电所，导致机车运行在这一区段时全靠大地回流。　（３）处理方法。找到原因后，在靠近Ｓｓ附近下行安装一组吸上线，并再次对该所地、轨回流持续测　量，测量结果如表２所示。　表２故障初步处理的地轨回流　Ａ　由表２可知，轨回流与地回流之比近似１：１，说明判断正确。　随后在靠近ＳＳ附近上行再安装一组吸上线，并对该所地、轨回流进行了复核测量，其测量结果如　表３所示。　第２期　陈　刚等：对牵引供电系统接触网保护回路的探讨　３５　表３结果表明，轨回流与地回流之比近似３：ｌ，地网电压状态恢复正常。　表３故障处理后的地轨回流　Ａ　３　预防措施　（１）保护线必须通过扼流变才能与钢轨直接相联。在ＡＴ供电方式中，保护线和钢轨作为供电系统　回流通道，两者都存在回流的任务，但存在着较高的电压差。故障处理时，保护线必须通过扼流变与钢轨　相连或保持绝缘，否则会导致钢轨电压失衡，影响电务信号【３］。　（２）须重视吸上线的回流作用。由于ＡＴ供电方式接地网不承担回流的任务，吸上线担当吸流、回流　的主供电回路作用。吸上线被破坏，就会影响网压、降低供电质量，导致接地网网压过高等故障。　（３）吸上线分布须遵守设计规程。对于直供方式（包括直供＋回流、ＢＴ等），由于主变单极接地，牵　引电流通过大地、钢轨（或回流线）两个回路沟通，每３　ｋｍ应设置一吸上线，安装位置须以所亭为起点　（终点），所亭处吸上线破坏时会引起接地网、接地极电压升高，严重时会影响设备运行和人身安全ｎ］。　（４）钢轨不得直接接地。不管何种供电方式，钢轨都会作为保护回路和回流通道，存在较高电压和电　流，钢轨直接接地容易导致两边电压不平衡，影响电务信号。　４　小结　综合以上分析，钢轨、回流线（包括保护线、中性线等）、吸上线等牵引供电系统接触网的保护回路应　属于牵引供电系统主导电回路范畴，因此牵引网的主导电回路应包括高压和低压两个部分，保护回路同　时兼为主导电回路的低压部分，保护回路的故障常为隐性，在日常检修中应引起足够的重视。　参考文献：　［１］　于万聚．高速电气化铁路接触网［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，２００３．　［２］于万聚．接触网设计及检测原理ｒＭ］　北京：中国铁道出版社，１９９３．　［３］张道俊，陶维富．接触网检修与管理［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９６．　［４］刘摇巍．电气化铁路牵引电力合建变电所母线保护方案探讨［Ｊ］．铁道标准设计，２０１３（３）：ｉｉ５－１１８，　【责任编辑：任小平ｒｅｎｘｐ９０＠１６３．ｃｏｍ］　Ｓｔｕｄｙ　０ｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　０ｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｃｏｎｔａｃｔ　１ｌｎｅ　ｌｎ　ｔｒａｃｔｉＯｎ　ｐＯｗｅｒ　ｓｕｐｐ１Ｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　－　ＣＨＥＮ　Ｇａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ—ｙｏｎｇ　（１．Ｅｌｅｃｔ　ｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｗｕｈａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｗｕｈａｎ　４３０２０５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉａｎｇｙａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｓｅｃｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｘｉａｎｇｙａｎｇ　４４１００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｏｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ，ＡＴ　ａｎｄ　ｓｏ　ｆｏｒｔｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ．Ｉｔ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅａｔｅｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｌｉｋｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｆａｕｌｔｓ　ｌｉｋｅ　ｔｈｅ　ｒｅｄ　ｚｏｎｅ，ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｅｄ　ｅａｒｔｈ　ｓｃｒｅｅｎ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｉｄｅａ　ｔｈａｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｌｉｎｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｈｏｕｌｄ　ａｌｓｏ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ；ｂｏｏｓｔｉｎｇ　ｃａｂｌｅ；ｗｉｒｅ　ｏｆ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ