接触网故障的查找与分析

接触网故障的查找与分析

郑州供电段韩朝峰

摘要本文主要从供电调度的角度分析接触网故障的查找与判断，根据故测仪的指示简要分析接触网的故障定位原则和方法，并对电抗型和电流型故测仪的指示进行了分析。

关键词接触网、故障、查找、分析

1 引言

供电调度处理接触网故障的过程，主要历经三个阶段，第一阶段：全面收集故障信息，对故障的性质和影响范围做出初步的判断，一般用时6至8分钟；第二阶段：组织接触网工区进行故障点的查找，这一阶段用时较长且不确定，在实际故障查找过程中出现过几个小时无法找到故障点的情况，严重影响铁路行车运输；第三阶段：故障处理，根据故障的破坏范围的不同，故障处理时间一般介于30分钟至1小时之间。由此可见：故障点的查找与分析在整个故障处理过程中占据重要位置，是决定故障停时的关键因素之一，如何快速查找到故障点，尤其是利用故测仪进行故障定位分析，在调度度指挥故障处理过程中显得非常重要。

2 故障性质的分析与判断

根据供电调度日常的事故处理经验，接触网故障类型主要可归纳为：弓网故障；零部件脱落与损坏；绝缘件击穿与闪络；倒杆与断线；外部异物搭在网上，恶劣天气引发倒树等故障。按照变电所亭是、否跳闸又可以分为接地故障与非接地故障两大类。非接地故障牵引变电所亭无法反映出来，主要依靠行车调度、机车司机、工务、电务、车务等有关人员反映情况；接地故障变电所亭相关保护动作造成断路器跳闸，启动故障探测仪。供电调度在故障发生后，要全面收集信息，在分析信息的基础上，结合天气、事故处理经验对故障性质进行判断，组织查找故障地点与原因。

2.1供电调度收集故障信息的途径与内容

（1）调度中心远动显示信息，主要包括保护动作情况、断路器动作情况、故障探测仪指示、电压、电流等。

（2）调度中心打印机打印信息，与远动显示内容相互对照，印证。

（3）变电所亭汇报信息，与远动显示，调度中心打印机信息相互对照。

（4）接触网人员汇报作息，检修作业是否存在问题，有关机车、网上故障、

异常等信息。

（5）行车调度反馈信息，主要包括故障供电臂列车的分布运行情况，机车司机反映的机车故障与接触网的异常情况，机车车型、车号、车次、停车位置。

（6）行调、机务、车务、电务、工务等人员反馈信息，网上异物、明显的接触网零部件脱落、倒杆断线、倒树等。

2.2供电调度对收集到故障信息进行处理与反馈

供电调度对收集到的信息不能原封不动的进行反馈，要综合判断；当多个信息源不一致时，要认真分析，学会去伪存真，分析处理后的信息及时通知接触网工区及段生产调度，并向局电调及时汇报。通过对多年故障处理的经验，可归纳出以下的信息类型。根据每一信息类型，供电调度进行初步的分析、判断、处理。

（1）变电所亭跳闸，重合成功。

（2）变电所跳闸，重合失败。

（3）同一条供电臂连续多次跳闸且重合成功。

（4）同一变电所多条供电臂同时跳闸。

（5）多个变电所，多条供电臂大面积连续跳闸。

（6）变电所亭无跳闸，机车故障或发生弓网故障。

（7）行调、机务、车务、电务、工务等人员反馈信息，网上异物、明显的接触网零部件脱落、倒杆断线、倒树。

3 利用故标指示对故障点进行查找与定位

供电调度在查找故障点时应作到以下几点。

（1）多次跳闸时故测仪每次的指示不同，但接触网第一次短路的瞬间，发生断线的可能性较小，因此第一次跳闸故测仪指示较准，在查找故障点时应以第一次指示重点，其它指示值班作为参考。

（2）多次跳闸故标指示值向同一方向变化时，造成故障的原因可能是移动物体，重点查找该区段运行的电力机车。

（3）在AT供电区段，应根据变电所亭的跳闸情况和其他反馈信息，努力排除接触网或正馈线断线、AT解列等异常情况造成的误指示，并综合分析确定故障的真实位置。

（4）在BT或直供区段，接触网电抗受架空地线、回流线、单线复线、站场及短路接地形式影响较大，特别是站场迂回供电和复线上、下行并联供电存在的互感，将影响电抗型故测仪的指示精度，在故测仪参数校对时应区别对待，有所取舍。在故测仪实际使用中，应注意分区亭环供对故测仪指示的影响，通过分析计算进行校正，对于站场分支供电，一个故测仪指示数可能对应几个故障范围，进行故障查找时应特别注意。

（5）查找故障点时，应注意正线、侧线、支线、供电线、正馈线及变电所

内设备均可能故障，甚至侧线、支线的故障几率更大。

（6）查找故障点时，应从故测仪指示点向两侧查找，当在规定的误差范围内找不到故障点时，应扩大范围查找。短时内找不到时，可采取分段送电的方法查找。

（7）发生弓网故障时，可能存在多个故障点，列车运行后方要仔细巡视检查。

（8）当有关人员反映多处故障点或故障点不一致时，要认真分析，逐个落实。

4 电抗型故测仪在馈线末端并联时的指示分析

变电所的故测仪一般按馈线末端开环状态下的线路平均电抗值进行标定，接触网在末端开环状态下跳闸时，可直接按故测仪的指示数或“故障距离”查找故障点。接触网在末端环供情况下初次跳闸时，上、下行接触网的互感将影响故测仪的探测，增大故测仪的指示误差，当故障点在末端分区亭附近时，误差高达数公里。

为减小末端环供状态下故测仪的指示误差，有必要进行校正。末端环供状态下故障电流的分布情况见图一。

设上、下行接触网的等值自阻抗均为Z Ⅰ，上、下行接触网的等值互阻抗为

Z ⅠⅡ，故障馈线侧的短路阻抗为Z ，根据克希荷夫第二定律，则有：

I 1Z Ⅰl + I 2 Z ⅠⅡl=2 I 2（L-l ）*（Z Ⅰ- Z ⅠⅡ）+ I 2Z Ⅰl+ I 1 Z ⅠⅡl ①

短路阻抗Z=（I 1Z Ⅰl + I 2 Z ⅠⅡl ）/ I 1 ②

对①、②两式联解得

Z = Z Ⅰl+ Z ⅠⅡl 2/（2L-l ）

当l=0时，Z=0；当l= L 时，Z =（Z Ⅰ+Z ⅠⅡ）L ，短路阻抗Z 与故障距离l 呈非

线性关系。

通过短路阻抗Z ，可得到短路电抗X ，我们可根据不同的l 取值，将馈线在末端环供状态下的测量电抗标画在故测仪指示对照表中，接触网故障时，可根据故

图一 末端环供状态下故障电流分布图

测仪指示对照表迅速查找故障点。跳闸的瞬间上、下行接触网是否处于环供状态，可根据调度中心的事故打印记录判断，只要分区亭并联断路器比变电所馈线断路器提前80毫秒跳闸，就不是在环供情况下跳闸。

在获得短路阻抗Z 的情况下，通过短路阻抗Z 的计算公式，也可直接得到短路距离l ，计算公式如下：

l=（Z+2L Z Ⅰ-√（Z 2-4L （Z Ⅰ-2Z ⅠⅡ）Z+4L 2Z Ⅰ2））/2（Z Ⅰ- Z ⅠⅡ）

5 电流型故测仪在断线及AT 解列时的指示分析

5.1 接触网或正馈线断线

接触网（包括接触线和承力索）或正馈线断线且一端接地时，AT 供电网络短路电流的流通通道将发生变化，故障点的指示会产生很大的误差，最大可达一个AT 区间。

在不考虑分区亭并联的情况下，接触网断线故障电流示意图见图二。 当AT 1-AT 2间接触网断线，且靠AT 2侧接地短路时，AT 1通过正馈线和钢轨将电能传递给AT 2的一个线圈，AT 2的另一个线圈通过电磁感应将电能传递给故障点，而且AT 2中性点的电流（4I 1）是AT 1中性点电流（2I 1）的两倍，故测仪总指示在距AT 1 2/3L 1处，但实际故障点可能在L 1间隔内的任意一点。若靠AT 1侧接地短路，故障电流均由AT 1提供，则故测仪总指示在AT 1处，实际故障点同样可能在L 1间隔内的任意一点，此种情况，误差最大可达L 1。

我们首先可以根据第一次跳闸与强送电跳闸故测仪指示存在较大差别，来判断接触网或正馈线可能发生断线事故，在此情况下，一般以第一次跳闸故测仪指示为准，结合日常总结积累的故障点远近与短路电流大小之间的关系，可粗略的判断故障点的位置。如果故测仪能指示馈线电流及母线电压等参数的话，可通过分析AT 供电网络的电流分布和阻抗特性，获得更好的故障判断和定位。好在断线故障目标点较大，容易被行车部门发现，因此，要注意及时收集机车乘务员和其他人员的反馈意见。

图二 接触网断线故障电流示意图

5.2AT解列

由于倒闸操作、检修试验等原因将某个AT撤除运行时，AT供电网络短路电流的流通通道同样可能发生变化，故障点的指示也会产生很大的误差，最大可达一个AT区间。

在单线供电区间，AT1解列时的故障电流示意图见图三。

当AT1解列时，若故障发生在L1区间，故障电流由AT2提供，故测仪总指示在AT2处，但实际故障点可能在L1间隔内的任意一点，故障发生在L2区间时不影响故测仪指示。若复线上、下行同时供电，邻线的AT将替代AT1向短路点供电，故测仪的指示基本不受影响。

当AT2解列时，不论单线还是复线供电区段，该AT点计测值总为零，由于远动中心计算机是根据一侧AT点计测值与两侧AT点计测值之和的比求出故障点的距离，最终换算成公里标，故测仪将总指示在AT1或AT3处，但我们可以通过手工计算AT1-AT3这个大AT区间的故障点位置，能得到较准确的指示。

当AT3解列时，若故障发生在L2区间，故障电流由AT2提供，故测仪总指示在AT2处，但实际故障点可能在L2间隔内的任意一点，故障发生在L1区间时不影响故测仪指示。若复线上、下行同时供电，且在分区亭并联的情况下，邻线的AT将替代AT3向短路点供电，故测仪的指示基本不受影响。

图三单线区段AT1解列故障电流示意图

供电调度应准确掌握AT的运行情况，一般情况下，一个供电臂不得同时解列两台AT。AT解列情况下发生故障，应根据以上分析，结合短路电流的大小，可以粗略的判断故障点的位置。复线区段，必要时可在邻线AT投入运行的情况下进行强送电（AT1解列时，可在邻线投入运行情况下进行强送电，AT3解列时，可用分区亭并联断路器进行强送电），以获得准确的指示。