李群湛，王 帥，易 東，陳民武

(西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031)

為綜合解決電氣化鐵路電能質(zhì)量與電分相問(wèn)題，文獻(xiàn)[1]率先提出同相供電概念。文獻(xiàn)[2]提出了一種基于三相交流-直流-單相交流全變換方式的牽引網(wǎng)貫通同相供電方案。文獻(xiàn)[3]提出了新一代牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)，采用組合式同相供電技術(shù)治理電能質(zhì)量，同時(shí)取消變電所出口處電分相，采用雙邊供電技術(shù)取消分區(qū)所出口處電分相，同一電力系統(tǒng)供電的牽引變電所可以實(shí)現(xiàn)貫通同相供電。隨著電力電子器件的發(fā)展，同相供電技術(shù)先后在成昆線眉山牽引變電所和山西中南通道沙峪牽引變電所完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并在溫州市域鐵路S1線實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)?；跇?shù)形雙邊供電技術(shù)的貫通同相供電系統(tǒng)即將在包神鐵路投入工程實(shí)踐，青藏、川藏高原電氣化鐵路相繼將貫通同相供電技術(shù)納入設(shè)計(jì)規(guī)劃。目前，貫通同相供電設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟的工程推廣階段[4-6]。

AT牽引網(wǎng)供電距離長(zhǎng)、電壓損失低且可以有效降低鋼軌電位和對(duì)沿線通信線路的干擾[7-9]，是大容量貫通供電的優(yōu)選方式[5]。然而，AT牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且無(wú)備用，工作條件惡劣，牽引網(wǎng)故障成為了導(dǎo)致?tīng)恳╇娤到y(tǒng)供電中斷的主要原因[10]。

現(xiàn)行AT牽引網(wǎng)發(fā)生故障后，牽引變電所饋線保護(hù)動(dòng)作，牽引變電所饋線斷路器統(tǒng)一跳閘，整個(gè)上下行供電系統(tǒng)中斷供電，同時(shí)AT所與分區(qū)所配置的失壓保護(hù)啟動(dòng)，將AT供電方式解列為直供方式，再利用重合閘排除故障，期間需要復(fù)雜的倒閘作業(yè)[11]，極大延長(zhǎng)了停電時(shí)間。若牽引網(wǎng)上行或下行發(fā)生永久性故障，將造上行或下行全線失電，擴(kuò)大了牽引網(wǎng)的停電范圍[12]。目前我國(guó)將距離保護(hù)方案作為AT牽引網(wǎng)主保護(hù)，變電所測(cè)量阻抗與故障距離成非線性關(guān)系，僅依靠測(cè)量阻抗不能判斷故障AT分段[13-14]。AT牽引網(wǎng)故障包含多種短路類(lèi)型，距離保護(hù)也缺乏故障類(lèi)型辨識(shí)能力[13]。AT吸上電流比與橫聯(lián)線電流比等故障標(biāo)定方法，主要應(yīng)用于測(cè)距系統(tǒng)，并不作為保護(hù)動(dòng)作依據(jù)[15]。

貫通同相供電技術(shù)通過(guò)延長(zhǎng)供電區(qū)間長(zhǎng)度，可以有效解決川藏、青藏等西部地區(qū)電氣化鐵路供電系統(tǒng)面臨的外部電源薄弱、長(zhǎng)大坡道不宜設(shè)置電分相等難題[16-18]，但繼續(xù)延續(xù)傳統(tǒng)AT牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)方案[19-20]，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大牽引網(wǎng)故障狀態(tài)下的停電范圍，延長(zhǎng)鐵路交通恢復(fù)時(shí)間，對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。

因此，提出一種適合貫通同相供電系統(tǒng)的AT牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)分段供電，構(gòu)建牽引網(wǎng)分段內(nèi)故障導(dǎo)線辨識(shí)方法與自愈流程，減少故障停電范圍，發(fā)揮AT牽引網(wǎng)分段供電結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提高貫通同相供電系統(tǒng)可靠性具有工程意義。

1 貫通供電方式AT牽引網(wǎng)分段供電方案

同一電力系統(tǒng)供電的牽引變電所可以實(shí)現(xiàn)貫通同相供電，為盡可能將故障及其影響范圍限制到最小，根據(jù)線路實(shí)際條件，通過(guò)絕緣錨段關(guān)節(jié)或分段絕緣器對(duì)牽引網(wǎng)進(jìn)行分段。

如圖1所示，通過(guò)設(shè)置分段FD+過(guò)渡區(qū)TA的單元結(jié)構(gòu)，將AT牽引網(wǎng)分段為多個(gè)供電單元。我國(guó)AT段長(zhǎng)度約10～15 km，日韓及法國(guó)的AT段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，約10～20 km[15]，可利用線路的自然AT分段，在沿線牽引變電所，AT所出口設(shè)置分段結(jié)構(gòu)S，實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)供電單元適當(dāng)劃小，分段可設(shè)置為10～20 km。為確保過(guò)渡區(qū)控制可靠性，過(guò)渡區(qū)設(shè)置長(zhǎng)度大于100 m。

圖1 貫通供電方式AT牽引網(wǎng)分段供電方案

為滿足AT牽引網(wǎng)分段狀態(tài)測(cè)控需求，基于智能變電站“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)，在變電所與AT所內(nèi)設(shè)置智能測(cè)控裝置，饋線電流互感器與母線電壓互感器的電氣采樣信息通過(guò)合并單元傳送至智能測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)接觸線和負(fù)饋線線電壓、電流電氣量采集與存儲(chǔ)。此外，智能測(cè)控裝置能夠采集反映饋線斷路器的狀態(tài)開(kāi)關(guān)量，可以在故障發(fā)生時(shí)向本地?cái)嗦菲靼l(fā)送動(dòng)作信號(hào)，并具備對(duì)遠(yuǎn)方斷路器的聯(lián)跳功能，支持牽引網(wǎng)故障治愈控制。智能測(cè)控裝置通過(guò)IEC 61850通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)SV/GOOSE的數(shù)據(jù)交互，均與衛(wèi)星時(shí)鐘同步，所間通信采用光纖冗余組網(wǎng)方式，為智能測(cè)控裝置提供可靠通信，保障所間電氣信息共享。測(cè)控終端完成故障信息匯總后，與遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心通信和實(shí)施調(diào)度控制中心下達(dá)的控制指令。

2 牽引網(wǎng)故障自愈流程

牽引網(wǎng)存在不同類(lèi)型的短路故障，包括T-R、F-R、T-F三種故障類(lèi)型[21-22]。本文以分段FD1和過(guò)渡區(qū)TA1組成的供電單元為例，描述貫通供電AT牽引網(wǎng)故障自愈流程。

2.1 分段FD1短路故障自愈流程

2.1.1 分段FD1發(fā)生T-R短路故障

當(dāng)FD1發(fā)生T-R故障時(shí)，斷路器QF1與QF2同時(shí)跳閘，同時(shí)過(guò)渡區(qū)TA1進(jìn)入跳閘等待狀態(tài)，根據(jù)過(guò)渡區(qū)的不同運(yùn)行狀態(tài)，斷路器QF3有兩種不同的操作過(guò)程。在發(fā)生故障后的時(shí)間T內(nèi)，測(cè)控系統(tǒng)持續(xù)檢測(cè)過(guò)渡區(qū)TA1是否存在負(fù)荷電流。當(dāng)過(guò)渡區(qū)存在負(fù)荷電流，QF3跳閘；當(dāng)過(guò)渡區(qū)沒(méi)有檢測(cè)到負(fù)荷電流，QF3繼續(xù)保持跳閘等待狀態(tài)。經(jīng)重合閘時(shí)限，QF1與QF2啟動(dòng)自動(dòng)重合閘。若重合閘成功，過(guò)渡區(qū)TA1恢復(fù)正常運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。若QF1與QF2重合閘失敗，則QF1與QF2加速跳閘，并且閉鎖重合閘。測(cè)控系統(tǒng)將故障信息通知行車(chē)調(diào)度，行車(chē)調(diào)度調(diào)整列車(chē)行車(chē)計(jì)劃，并通知相關(guān)列車(chē)，列車(chē)做出相應(yīng)的避險(xiǎn)操作，接觸網(wǎng)工區(qū)組織搶修，搶修完成后，恢復(fù)系統(tǒng)正常供電。

以京滬高速鐵路為例，列車(chē)保持4 min追蹤間隔，當(dāng)故障發(fā)生后，測(cè)控系統(tǒng)向行車(chē)調(diào)度發(fā)送牽引網(wǎng)故障信息，再由行車(chē)調(diào)度告知相關(guān)列車(chē)前方故障，最終列車(chē)完成避險(xiǎn)，整個(gè)過(guò)程總時(shí)長(zhǎng)小于4 min，可避免后方機(jī)車(chē)連續(xù)進(jìn)入故障區(qū)段。因此，可將過(guò)渡區(qū)TA1跳閘等待時(shí)間T設(shè)置為4 min，若列車(chē)到達(dá)過(guò)渡區(qū)TA1的時(shí)間在T內(nèi)，列車(chē)進(jìn)入過(guò)渡區(qū)TA1后，過(guò)渡區(qū)失電，列車(chē)換流器閉鎖，避免了列車(chē)從正常區(qū)段駛?cè)牍收蠀^(qū)段造成的二次短路與列車(chē)帶負(fù)荷進(jìn)入無(wú)電區(qū)。若列車(chē)到達(dá)過(guò)渡TA1的時(shí)間大于T，列車(chē)可以完成避險(xiǎn)操作，列車(chē)不會(huì)帶電進(jìn)入故障分段，行車(chē)調(diào)度通知測(cè)控系統(tǒng)，取消跳閘等待狀態(tài)，牽引網(wǎng)T-R故障自愈流程見(jiàn)圖2。

圖2 分段FD1發(fā)生T-R短路故障自愈流程

2.1.2 分段FD1發(fā)生F-R短路故障

當(dāng)分段FD1發(fā)生F-R短路故障，斷路器QF7與QF8跳閘，將FD1的負(fù)饋線切除。經(jīng)重合閘時(shí)限，QF7與QF8自動(dòng)重合，若重合閘成功則系統(tǒng)恢復(fù)供電。若重合閘失敗，QF7與QF8加速跳閘，并且閉鎖重合閘，故障分段牽引網(wǎng)以直供方式運(yùn)行。測(cè)控終端將故障信息報(bào)告行車(chē)調(diào)度，行車(chē)調(diào)度視情況安排行車(chē)計(jì)劃與組織故障維修，排除故障后恢復(fù)正常供電，其自愈流程見(jiàn)圖3。

圖3 分段FD1發(fā)生F-R短路故障自愈流程

2.1.3 分段FD1發(fā)生T-F故障

當(dāng)FD1發(fā)生T-F故障時(shí)，故障自愈流程與T-R故障自愈流程類(lèi)似，斷路器QF1、QF2、QF7、QF8同時(shí)跳閘，同時(shí)過(guò)渡區(qū)TA1進(jìn)入跳閘等待狀態(tài)。經(jīng)重合閘時(shí)限，QF1、QF2、QF7、QF8啟動(dòng)自動(dòng)重合閘。若QF1、QF2重合閘成功，命令斷路器QF3合閘或取消等待狀態(tài)；若QF1、QF2、QF7、QF8同時(shí)重合閘成功，則系統(tǒng)恢復(fù)正常供電；若重合閘失敗，測(cè)控系統(tǒng)與行車(chē)調(diào)度配合，組織搶修，盡快恢復(fù)正常供電。

2.2 過(guò)渡區(qū)TA1短路故障自愈流程

2.2.1 過(guò)渡區(qū)TA1發(fā)生T-R短路故障

當(dāng)過(guò)渡區(qū)TA1發(fā)生T-R故障，QF3跳閘，將過(guò)渡區(qū)TA1切除，聯(lián)跳分段FD2的接觸線兩側(cè)斷路器QF4和QF5，同時(shí)過(guò)渡區(qū)TA2進(jìn)入跳閘等待狀態(tài)。經(jīng)重合閘時(shí)限后，斷路器QF3重合閘，若重合閘成功，過(guò)渡區(qū)TA1恢復(fù)正常供電，分段FD2接觸線經(jīng)重合閘后投入運(yùn)行，過(guò)渡區(qū)TA2取消跳閘等待狀態(tài)。若QF3重合閘失敗，測(cè)控系統(tǒng)與行車(chē)調(diào)度配合，組織搶修，盡快恢復(fù)正常供電，其自愈流程見(jiàn)圖4。

圖4 過(guò)渡區(qū)TA發(fā)生T-R短路故障自愈流程

2.2.2 過(guò)渡區(qū)TA1發(fā)生T-F短路故障

過(guò)渡區(qū)接觸線故障自愈流程與過(guò)渡區(qū)T-R短路故障自愈流程相同，負(fù)饋線故障自愈流程與分段FD1的F-R短路故障自愈流程相同。

3 AT牽引網(wǎng)故障辨識(shí)方法

3.1 分段故障辨識(shí)方法

3.1.1 低過(guò)渡電阻故障辨識(shí)方法

牽引網(wǎng)分段i與過(guò)渡區(qū)n的電氣量分布見(jiàn)圖5，當(dāng)牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，接觸線電壓Ui1與Ui2維持在19～29 kV[23-24]。若牽引網(wǎng)發(fā)生金屬性故障，接觸線電壓將會(huì)快速跌落至17 kV以下[25]，見(jiàn)圖6。當(dāng)受電弓處網(wǎng)壓低至17.5 kV時(shí)，列車(chē)功率發(fā)揮百分比降為零，即車(chē)載變流器閉鎖，列車(chē)停止取流，此時(shí)牽引網(wǎng)僅存在故障電流。

圖5 牽引網(wǎng)分段與過(guò)渡區(qū)電氣量分布

圖6 機(jī)車(chē)網(wǎng)壓與功率限制曲線

依據(jù)牽引網(wǎng)故障后列車(chē)與牽引網(wǎng)電氣特性，結(jié)合多端電氣量，提出了基于低電壓?jiǎn)?dòng)的故障辨識(shí)方法。牽引網(wǎng)故障啟動(dòng)判據(jù)為

|Ui1|

(1)

式中：Ui1、Ui2為分段i接觸線首端、末端電壓；Uset為低電壓?jiǎn)?dòng)整定值。

接觸線故障辨識(shí)判據(jù)為

(2)

負(fù)饋線故障辨識(shí)判據(jù)為

( 3 )

式中：Ii1、Ii2為分段i接觸線首端、末端電流；Ii3、Ii4為分段i負(fù)饋線首端、末端電流；Iset為電流整定值，k1為制動(dòng)系數(shù)。

3.1.2 高過(guò)渡電阻故障辨識(shí)方法

當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生高阻故障時(shí)，接觸網(wǎng)電壓可能保持在17.5 kV以上，但短路電流急劇增大，故障電流增量超過(guò)列車(chē)電流增量，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)車(chē)電流與短路電流增量對(duì)比見(jiàn)圖7。當(dāng)牽引網(wǎng)分段正常運(yùn)行時(shí)，接觸線電流的增量不會(huì)超過(guò)1輛車(chē)啟動(dòng)電流[22]。利用故障與列車(chē)電流增量特點(diǎn)，可增設(shè)故障辨識(shí)條件，提高牽引網(wǎng)高阻故障辨識(shí)能力。

圖7 機(jī)車(chē)電流與故障電流特性

接觸線故障啟動(dòng)判據(jù)為

|ΔIi1+ΔIi2|>ΔIc

( 4 )

式中：ΔIi1、ΔIi2為分段i接觸線首端、末端電流增量；ΔIc為電流增量整定值，以列車(chē)啟動(dòng)電流作為整定依據(jù)。

為避免動(dòng)車(chē)組出現(xiàn)打滑,高頻開(kāi)關(guān)器件短時(shí)關(guān)閉,列車(chē)由正常運(yùn)行突然轉(zhuǎn)為緊急再生制動(dòng)等非正常運(yùn)行工況時(shí)[26-27]，接觸線電流必須保持一定時(shí)間內(nèi)不跌落，接觸線故障辨識(shí)判據(jù)為

( 5 )

式中：t為故障短路時(shí)刻；T為時(shí)間整定值。

負(fù)饋線故障辨識(shí)判據(jù)與式( 3 )相同，負(fù)饋線故障啟動(dòng)判據(jù)為

|ΔIi3+ΔIi4|>ΔIf

( 6 )

式中：ΔIi3、ΔIi4為分段i負(fù)饋線首端、末端電流增量；k2為可靠性系數(shù)；ΔIf為電流增量整定值，負(fù)饋線無(wú)受電弓滑動(dòng)取流，可不考慮列車(chē)啟動(dòng)電流，以躲過(guò)不平衡電流為整定依據(jù)。

當(dāng)負(fù)饋線電流滿足辨識(shí)判據(jù)式( 3 )時(shí)，若接觸線與負(fù)饋線差動(dòng)電流相等，則接觸線與負(fù)饋線間存在短路故障，接觸線故障辨識(shí)判據(jù)為

( 7 )

式中：Icf為電流整定值，以躲過(guò)不平衡電流為整定依據(jù)。

3.2 過(guò)渡區(qū)故障辨識(shí)方法

過(guò)渡區(qū)的接觸線設(shè)置較短且為單饋線供電，以低電壓或增量電流啟動(dòng)的過(guò)流判據(jù)作為故障辨識(shí)方法，為

( 8 )

式中：In為過(guò)渡區(qū)n的饋線電流；Imax為機(jī)車(chē)最大負(fù)荷電流。

當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生故障后，僅接觸線辨識(shí)判據(jù)動(dòng)作，則線路發(fā)生T-R故障；若負(fù)饋線與接觸線故障辨識(shí)判據(jù)動(dòng)作，則判定線路發(fā)生T-F故障；僅負(fù)饋線故障辨識(shí)判據(jù)動(dòng)作，則測(cè)控系統(tǒng)判定線路發(fā)生F-R故障。

3.3 過(guò)渡區(qū)列車(chē)辨識(shí)方法

當(dāng)過(guò)渡區(qū)處于跳閘等待狀態(tài)時(shí)，若測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)到列車(chē)進(jìn)入過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)將被切除，列車(chē)辨識(shí)判據(jù)為

|In|>Iε

( 9 )

式中：Iε為電流整定值，躲過(guò)無(wú)車(chē)運(yùn)行時(shí)電流互感器測(cè)量誤差。

AT牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障類(lèi)型多樣，通過(guò)研究機(jī)車(chē)與牽引網(wǎng)的運(yùn)行特性，提出多判據(jù)混合的故障辨識(shí)及列車(chē)辨識(shí)方法，其中增量電流被應(yīng)用于高過(guò)渡電阻故障辨識(shí)，但其判別窗口只存在于故障發(fā)生的時(shí)刻，而低電壓?jiǎn)?dòng)與電流差動(dòng)可以持續(xù)對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別，直至故障完全消除，低/高過(guò)渡電阻故障辨識(shí)方法構(gòu)成完備的貫通同相供電系統(tǒng)AT牽引網(wǎng)主保護(hù)方案。結(jié)合牽引網(wǎng)故障自愈流程，為AT分段和過(guò)渡區(qū)提供了可靠的整套重合閘方案，滿足了貫通同相供電方式下?tīng)恳W(wǎng)與機(jī)車(chē)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證AT牽引網(wǎng)辨識(shí)方法和自愈流程的正確性，在Matlab/Simulink軟件上搭建了AT牽引網(wǎng)分段保護(hù)與狀態(tài)測(cè)控系統(tǒng)，供電拓?fù)湟?jiàn)圖1，具體AT牽引網(wǎng)參數(shù)見(jiàn)表1、表2，智能測(cè)控裝置由自行構(gòu)建設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。本文在AT牽引網(wǎng)的不同位置仿真了各類(lèi)短路故障，詳細(xì)故障工況見(jiàn)表3。

表1 AT牽引網(wǎng)導(dǎo)線參數(shù)

表2 AT牽引網(wǎng)分段參數(shù)

表3 牽引網(wǎng)故障工況

4.1 故障工況1

FD1分段T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖8。0.1 s時(shí)刻FD1發(fā)生故障，接觸線首末端電壓迅速跌落至17.5 kV以下，故障辨識(shí)啟動(dòng)，F(xiàn)D1內(nèi)接觸線、負(fù)饋線制動(dòng)和差動(dòng)電流滿足故障動(dòng)作條件，測(cè)控系統(tǒng)判定線路發(fā)生T-F故障。測(cè)控系統(tǒng)下發(fā)斷路器動(dòng)作命令，0.21 s時(shí)刻，分段FD1首末斷路器分閘，F(xiàn)D1成功被切除。經(jīng)時(shí)延后FD1重合閘，分段兩端電氣量仍滿足動(dòng)作條件，斷路器再次跳閘，故障分段被再次切除。在0.31 s時(shí)刻，檢測(cè)到過(guò)渡區(qū)存在列車(chē)取流，過(guò)渡區(qū)TA1跳閘，列車(chē)失電，保障列車(chē)不帶電進(jìn)入故障分段。

圖8 FD1分段T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

4.2 故障工況2

FD1分段T-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖9。如0.1 s時(shí)刻FD1發(fā)生故障，首末端電壓仍保持在正常范圍內(nèi)，但分段內(nèi)接觸線差動(dòng)電流增量越過(guò)整定值，且接觸線差動(dòng)電流0.5 s內(nèi)未發(fā)生跌落，測(cè)控系統(tǒng)判定分段發(fā)生T-R故障，接觸線兩端斷路器動(dòng)作，分段FD1接觸線被切除。經(jīng)時(shí)延后斷路器重合閘，但接觸線差動(dòng)電流增量再次超過(guò)閾值，斷路器再次跳閘，故障接觸線被成功切除。故障發(fā)生后，過(guò)渡區(qū)沒(méi)有檢測(cè)到列車(chē)取流，保持跳閘等待狀態(tài)。

圖9 FD1分段T-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

4.3 故障工況3

FD2分段F-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖10。FD2分段存在列車(chē)，0.1 s時(shí)刻FD2發(fā)生故障，分段首末端電壓仍保持在正常范圍內(nèi)，僅負(fù)饋線故障辨識(shí)判據(jù)得到滿足，測(cè)控系統(tǒng)判定分段發(fā)生F-R故障，同時(shí)下發(fā)斷路器動(dòng)作命令，在0.25 s時(shí)刻負(fù)饋線被切除。經(jīng)時(shí)延后斷路器重合閘，由于故障為瞬時(shí)性故障，負(fù)饋線重合閘成功。

圖10 FD2分段F-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

4.4 故障工況4

FD3分段T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖11。0.1 s時(shí)刻FD3發(fā)生故障，分段首末端電壓仍保持在正常范圍內(nèi)，負(fù)饋線與接觸線故障辨識(shí)判據(jù)都得到滿足，測(cè)控系統(tǒng)判定分段發(fā)生T-F故障，同時(shí)下發(fā)斷路器動(dòng)作命令，在0.25 s時(shí)刻故障分段FD3被切除。經(jīng)時(shí)延后斷路器重合閘，由于故障為瞬時(shí)性故障，負(fù)饋線重合閘成功。

圖11 FD3分段T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

4.5 故障工況5

TA1過(guò)渡區(qū)T-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖12。FD2分段存在列車(chē)，0.1 s時(shí)刻TA1發(fā)生故障，過(guò)渡區(qū)TA1電流越過(guò)辨識(shí)閾值，且相鄰分段FD1與FD2負(fù)饋線電流未達(dá)到動(dòng)作條件，測(cè)控系統(tǒng)判定過(guò)渡區(qū)發(fā)生T-R故障。測(cè)控系統(tǒng)下發(fā)斷路器動(dòng)作命令，過(guò)渡區(qū)TA1與分段FD2被切除。經(jīng)延時(shí)后過(guò)渡區(qū)TA1斷路器重合閘，但過(guò)渡區(qū)電流再次超出閾值，過(guò)渡區(qū)重合閘失敗，故障過(guò)渡區(qū)被再次切除。

圖12 TA1過(guò)渡區(qū)T-R故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

4.6 故障工況6

TA2過(guò)渡區(qū)T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)見(jiàn)圖13。如圖13所示，0.1 s時(shí)刻TA2發(fā)生故障，過(guò)渡區(qū)TA2電壓電流越過(guò)辨識(shí)閾值，且分段FD3負(fù)饋線電流達(dá)到動(dòng)作條件，測(cè)控系統(tǒng)判定分段發(fā)生T-F故障。測(cè)控系統(tǒng)下發(fā)斷路器動(dòng)作命令，切除過(guò)渡區(qū)TA1與分段FD3負(fù)饋線，并聯(lián)跳分段FD3接觸線。經(jīng)時(shí)延后斷路器重合閘，由于故障為瞬時(shí)性故障，負(fù)饋線重合閘成功。

圖13 TA2過(guò)渡區(qū)T-F故障辨識(shí)與斷路器狀態(tài)

5 結(jié)論

隨著貫通同相供電技術(shù)的穩(wěn)步推廣與工程應(yīng)用，電氣化鐵路對(duì)牽引網(wǎng)故障正確辨識(shí)與可靠自愈提出了更高要求。

本文基于同相貫通供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，提出一種新型的AT牽引網(wǎng)分段供電方案，以AT分段和過(guò)渡區(qū)作為供電單元，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格化供電結(jié)構(gòu)；基于牽引網(wǎng)分段供電拓?fù)洌治隽瞬煌收瞎r下各斷路器理想動(dòng)作情況，構(gòu)建了最小停電區(qū)間的故障自愈流程；針對(duì)貫通供電系統(tǒng)復(fù)雜故障工況，基于列車(chē)和牽引網(wǎng)電氣耦合特征，給出多判據(jù)混合的故障辨識(shí)方法，實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)故障分段和故障類(lèi)型的快速辨識(shí)，為故障自愈重組提供了可靠的理論依據(jù)。通過(guò)Matlab/Simulink仿真，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性和對(duì)各種故障場(chǎng)景的可靠性。

本文提出的新型牽引網(wǎng)分段供電方案，最小停電區(qū)間的故障自愈流程與正確的故障區(qū)段與故障類(lèi)型辨識(shí)方法，可以有效提高貫通供電系統(tǒng)的可靠性和靈活性，為青藏與川藏電氣化鐵路建設(shè)提供了參考。