張永健 上海鐵路局供電處

接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)是高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容，從牽引供電專業(yè)而言其目的是檢驗(yàn)牽引供電系統(tǒng)保護(hù)裝置功能及保護(hù)動(dòng)作順序，同時(shí)測(cè)試人工短路狀態(tài)下的變電所、AT所、AT分區(qū)所接觸網(wǎng)短路電壓、電流參數(shù)，計(jì)算各AT吸上電流比、接觸網(wǎng)、正饋線阻抗，驗(yàn)證接觸網(wǎng)故障點(diǎn)標(biāo)定裝置的正確程度。

1 全并聯(lián)AT供電方式下接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)方法

(1)高速鐵路采用全并聯(lián)AT供電方式。全并聯(lián)AT供電方式是指牽引變電所以55 kV電壓等級(jí)向電氣化鐵路接觸網(wǎng)和正饋線供電，再利用AT所、分區(qū)所供電開關(guān)將AT自耦變壓器同接觸網(wǎng)和正饋線上下行并聯(lián)起來的供電方式，具體見圖1。

圖1 AT供電系統(tǒng)示意圖

(2)短路試驗(yàn)采用模擬仿真手段測(cè)試接觸網(wǎng)、正饋線發(fā)生瞬間或永久接地后變電所亭保護(hù)裝置啟動(dòng)斷路器跳閘的運(yùn)行情況。

(3)試驗(yàn)方法：在接觸網(wǎng)作業(yè)車上裝設(shè)斷路器（不設(shè)繼電保護(hù)），接觸網(wǎng)作業(yè)車停放在短路點(diǎn)，接觸網(wǎng)、正饋線分別經(jīng)斷路器與鋼軌短接，在變電所向接觸網(wǎng)正常供電后，現(xiàn)場(chǎng)閉合斷路器，形成永久性接地，利用牽引變電所、AT所、分區(qū)所饋線阻抗保護(hù)、電流保護(hù)、電壓保護(hù)及重合閘保護(hù)之間的配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)、正饋線發(fā)生瞬間或永久接地的同步測(cè)量。

圖2 接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)連接原理圖

(4)接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)連接原理圖和電磁兼容測(cè)試示意圖如圖2和圖3，鋼軌連接參考圖與接觸網(wǎng)實(shí)物連接如圖4和圖5。

圖3 電磁兼容測(cè)試示意圖

圖4 短路試驗(yàn)鋼軌連接實(shí)物參考圖

圖5 微型斷路器實(shí)物參考圖

2 短路試驗(yàn)地點(diǎn)的選擇

(1)AT供電方式下接觸網(wǎng)線路阻抗與距離呈非線性馬鞍型的特性。因此選擇牽引變電所供電臂內(nèi)每個(gè)AT供電區(qū)段的馬鞍型曲線的頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的接觸網(wǎng)線路（經(jīng)驗(yàn)值為距AT所上網(wǎng)點(diǎn)三分之一供電臂長(zhǎng)度）附近進(jìn)行試驗(yàn)，以測(cè)試出全并聯(lián)AT供電方式下接觸網(wǎng)、正饋線最大線路阻抗及最小短路電流，從而保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的有效性。

(2)具體地點(diǎn)的確定應(yīng)根據(jù)接觸網(wǎng)施工單位提供的牽引變電所、AT所、分區(qū)所的供電線長(zhǎng)度（含電纜）、AT段接觸網(wǎng)長(zhǎng)度、接觸網(wǎng)支柱與公里標(biāo)對(duì)應(yīng)表，依照上述原則進(jìn)行計(jì)算并到現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，合理選擇短路試驗(yàn)對(duì)應(yīng)接觸網(wǎng)支柱（桿號(hào)和公里標(biāo)），并將相關(guān)參數(shù)信息以整定書的形式輸入牽引變電所AT故障測(cè)距裝置。

3 短路試驗(yàn)的必要條件

3.1 綜合接地系統(tǒng)符合施工設(shè)計(jì)和安全運(yùn)營要求

高速鐵路采用了綜合接地，可以有效降低鋼軌電位，保證人身和設(shè)備安全，有效克服各子系統(tǒng)設(shè)備之間的電位差。工務(wù)、電務(wù)、通信、供電等專業(yè)的施工、運(yùn)行單位必須按照設(shè)計(jì)文件對(duì)試驗(yàn)區(qū)段內(nèi)的相關(guān)設(shè)備的綜合接地系統(tǒng)進(jìn)行一次全面、徹底地檢查，確保綜合接地系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中與牽引供電系統(tǒng)設(shè)備接地相關(guān)的主要包括以下內(nèi)容：

(1)路基地段每個(gè)鋼支柱上接地孔通過接地線與附近綜合地線端子連接；橋梁上接觸網(wǎng)基礎(chǔ)與橋梁內(nèi)縱向接地鋼筋連接；

(2)隧道內(nèi)所用吊柱底座通過上部接地跳線與PW線相連接，PW線每隔500m通過下部連接線與隧道內(nèi)的綜合接地線連接；

(3)車站接觸網(wǎng)支柱應(yīng)與車站綜合地網(wǎng)相連；

(4)距綜合地線15 m范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物均與貫通地線相連，距貫通地線15 m以外的支柱及其它金屬物可單獨(dú)接地，接地電阻不大于10 Ω。

(5)各牽引所亭所自身的接地網(wǎng)分別通過3×240 mm2銅纜與該所附近所在線路鋼軌扼流圈（一般為1 km左右）直接相連。上、下行扼流圈間用2×95 mm2銅纜連接，上、下行扼流圈與綜合地線間分別用2×70 mm2銅纜連接。

3.2 牽引供電回流的電氣回路連接和設(shè)置正常

根據(jù)多條高速鐵路測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，軌回流、PW線回流、所地網(wǎng)回流的分配比例一般在20%、50%、30%。試驗(yàn)前應(yīng)組織鐵科院結(jié)合聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作進(jìn)行牽引回流測(cè)試，出具回流系統(tǒng)測(cè)試結(jié)論，如果結(jié)論不合格，需要進(jìn)一步查找回流不暢的原因，并進(jìn)行處理。牽引回流主要保證措施：

(1)區(qū)間PW線與支柱按照不絕緣設(shè)置。每個(gè)閉塞分區(qū)PW線一般每隔1 500 m上下行過軌并聯(lián)一次，通過扼流變中性點(diǎn)或空心線圈再與鋼軌連接，此連接點(diǎn)與貫通地線與信號(hào)軌道電路完全橫向連接線的連接點(diǎn)盡量在同一里程。

(2)牽引變電所應(yīng)采用不少于兩回獨(dú)立的架空回流絕緣電纜經(jīng)扼流變壓器中性點(diǎn)與鋼軌相連，并將回流線引入牽引變電所。

3.3 繼電保護(hù)功能正常

試驗(yàn)區(qū)段牽引變電所、AT所、分區(qū)所綜合自動(dòng)化裝置的保護(hù)定值和參數(shù)設(shè)置應(yīng)保證裝置故障測(cè)距和保護(hù)功能的正確，試驗(yàn)前應(yīng)確認(rèn)牽引變電所、分區(qū)所、AT所保護(hù)全部可靠投入，確認(rèn)故標(biāo)及保護(hù)裝置定值完整及接觸網(wǎng)單位阻抗值正確。相關(guān)開關(guān)的保護(hù)回路應(yīng)在試驗(yàn)前組織一次傳動(dòng)試驗(yàn)和檢查。

3.4 電力牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（SCADA）功能完整

試驗(yàn)區(qū)段牽引變電所、AT所、分區(qū)所SCADA系統(tǒng)應(yīng)完成規(guī)定的調(diào)試工作，確保各項(xiàng)功能完善，全面、準(zhǔn)確地記錄現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遙信量、遙測(cè)量的變化過程。

3.5 試驗(yàn)接線正確，試驗(yàn)儀器和裝置工作狀態(tài)完好

(1)對(duì)接入牽引變電所、AT所、分區(qū)所的測(cè)試設(shè)備接線情況和工作狀態(tài)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

(2)試驗(yàn)用作業(yè)車載斷路器應(yīng)提前進(jìn)行分合閘功能的調(diào)試和絕緣試驗(yàn)。

3.6 參與試驗(yàn)的各單位，特別是不同專業(yè)單位和部門之間的組織、協(xié)調(diào)工作完成

短路試驗(yàn)涉及供電、工務(wù)、電務(wù)、通信等專業(yè)設(shè)備和短路試驗(yàn)點(diǎn)所在供電臂范圍內(nèi)所有單位的人員作業(yè)安全，以及鐵路沿線附近的當(dāng)?shù)厝藛T安全，應(yīng)通過組織開會(huì)研討、協(xié)商的形式統(tǒng)一思想和認(rèn)識(shí)，協(xié)調(diào)各方做好試驗(yàn)前的準(zhǔn)備和試驗(yàn)期間的配合工作。

4 短路試驗(yàn)組織和注意事項(xiàng)

(1)每次短路試驗(yàn)前，相關(guān)單位按照分工對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行共同確認(rèn)，具備試驗(yàn)條件后開始試驗(yàn)。

①試驗(yàn)測(cè)試單位、四電施工單位及供電、通信、工務(wù)、電務(wù)段在每次試驗(yàn)前后，向短路試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人書面遞交設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)單。

②設(shè)計(jì)院、牽引變電所亭主要設(shè)備供應(yīng)商、供電段在每次試驗(yàn)前后，向牽引變電所試驗(yàn)負(fù)責(zé)人書面遞交設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)單。

(2)牽引變電所試驗(yàn)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一向短路試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及牽引變電所、AT所、分區(qū)所下達(dá)每一步操作命令。變電所操作人員應(yīng)站在操作手柄前，一旦出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)，應(yīng)立即人工分閘。

(3)所有參加現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的人員在車站集中上接觸網(wǎng)作業(yè)車到現(xiàn)場(chǎng)，所有進(jìn)入短路試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員應(yīng)服從接觸網(wǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮的統(tǒng)一安排，每次短路試驗(yàn)前必須保證所有人員已退出遠(yuǎn)離短路點(diǎn)10 m范圍外（非電源方向側(cè)），并不得觸摸線路上任何金屬表面。所有人員必須嚴(yán)格執(zhí)行勞動(dòng)安全保護(hù)相關(guān)規(guī)定。

(4)試驗(yàn)期間，由四電施工單位及工務(wù)、電務(wù)段指派勝任人員在車站行車室值守，做好應(yīng)急處置準(zhǔn)備。

(5)公安部門負(fù)責(zé)試驗(yàn)區(qū)段沿線人員清理、安全保衛(wèi)工作。試驗(yàn)期間，除參加試驗(yàn)人員外，其它任何單位和個(gè)人不得進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)段。

(6)工務(wù)段負(fù)責(zé)對(duì)每一次短路試驗(yàn)前后鋼軌與接地靴連接良好的確認(rèn)，并在試驗(yàn)前后對(duì)短路地點(diǎn)鋼軌進(jìn)行探傷。

(7)因故需中斷試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員必須服從工作領(lǐng)導(dǎo)人的統(tǒng)一指揮，不得擅自行動(dòng)。

(8)全部短路試驗(yàn)完畢后，相關(guān)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)供電、電務(wù)、通信、工務(wù)設(shè)備正常，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)具、材料、設(shè)備全部撤離接觸網(wǎng)安全距離以外后，方可銷令送電。如試驗(yàn)造成供電、電務(wù)、通信、工務(wù)設(shè)備異常，相關(guān)單位按規(guī)定在車站登記。

5 短路試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)短路試驗(yàn)結(jié)果分析主要完成以下任務(wù)：

①饋線保護(hù)類型設(shè)置是否合理，保護(hù)定值設(shè)定是否滿足保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)裝置靈敏性、可靠性的要求，保護(hù)裝置接線是否存在極性錯(cuò)誤，故障波形和數(shù)據(jù)顯示是否正確。

②AT故障測(cè)距裝置本身是否可靠工作，接線是否存在極性錯(cuò)誤情況，定值設(shè)定是否正確，通過對(duì)比實(shí)際故障點(diǎn)與顯示故障點(diǎn)標(biāo)定差距來判定該裝置是否滿足測(cè)量范圍內(nèi)靈敏性和精準(zhǔn)度響應(yīng)要求，計(jì)算公式所選取的參數(shù)、內(nèi)部程序是否需要調(diào)整等。

③接觸網(wǎng)和正饋線永久性接地故障點(diǎn)標(biāo)定同實(shí)際故障點(diǎn)差距對(duì)比，判定自帶直供電方式測(cè)距功能的饋線保護(hù)裝置是否滿足測(cè)量范圍內(nèi)靈敏性和精準(zhǔn)度響應(yīng)要求，設(shè)計(jì)選取的單位阻抗和供電臂長(zhǎng)度是否合理和準(zhǔn)確，定值是否需要調(diào)整。

④故障測(cè)距裝置通信功能判定，包括通道數(shù)據(jù)通信質(zhì)量、綜合自動(dòng)化裝置和SCADA系統(tǒng)點(diǎn)表對(duì)應(yīng)是否一致，數(shù)據(jù)采集的同步性驗(yàn)算等。

⑤對(duì)所測(cè)得的接觸網(wǎng)、正饋線接地情況下鋼軌電位、鋼軌電流、貫通地線電位、貫通地線電流、信號(hào)電纜芯線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、信號(hào)電纜外皮回流最大值和有效值及鋼軌差模電壓瞬時(shí)波形進(jìn)行分析，評(píng)估高壓接地情況下的電磁兼容響應(yīng)和設(shè)備運(yùn)行安全性。

(2)短路試驗(yàn)分析工作一般由供電處牽頭，組織試驗(yàn)測(cè)試單位、設(shè)計(jì)院、變電所綜合自動(dòng)化和SCADA設(shè)備供應(yīng)商、四電施工單位、供電段共同參與，通過分析明確下一步參數(shù)和定值調(diào)整方案、后期觀察和數(shù)據(jù)積累、驗(yàn)證安排等。

(3)根據(jù)分析結(jié)果和后續(xù)工作安排，由供電段制做故障測(cè)距標(biāo)定數(shù)據(jù)與支柱號(hào)、鐵路里程（公里標(biāo)）對(duì)照表，以指導(dǎo)供電調(diào)度、生產(chǎn)調(diào)度、網(wǎng)工區(qū)故障查找工作。

6 結(jié)束語

高速鐵路接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)的實(shí)施組織是一項(xiàng)專業(yè)協(xié)調(diào)任務(wù)重、前期準(zhǔn)備工作時(shí)間長(zhǎng)、人身和設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)大、工作周密性要求高的工作，通過先后組織滬寧城際、滬杭客專、京滬高速鐵路等4次接觸網(wǎng)短路試驗(yàn)，上海鐵路局在鐵道部有關(guān)部門指導(dǎo)和建設(shè)、運(yùn)行部門的積極支持和配合下，積累了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)所取得的測(cè)試和分析成果正運(yùn)用于高速鐵路牽引供電系統(tǒng)日常維護(hù)工作中。