广州地铁一起接触网供电区短时失电的原因浅析及优化建议

电力系统
2019.5 电力系统装备丨43
Electric System
2019年第5期
2019 No.5
电力系统装备
Electric Power System Equipment 地铁接触网系统是牵引供电系统的重要组成部分，是供给列车电能的唯一路径，接触网系统的可靠运行直接影响着城市轨道交通供电系统的安全运行。

因此，对地铁接触网故障跳闸的原因分析是十分重要的，总结分析以往案例，主要包括自身设备故障和外部因素故障两种类型。

1 背景
1.1 故障现象以及相关报文
2018年某日8：07，地铁主控报白云大道北站214开关Imax 保护动作跳闸，联跳同和站212开关，导致接触网JB9区（白云大道北至同和上行，不含同和上行）失压，白云大道北站214开关第一次跳闸2s 重合闸成功，3s 后再次Imax 保护动作跳闸，第二次未启动自动重合闸；同和站212开关跳闸8s 后重合闸成功，接触网JB9区恢复供电，电力调度远动合上白云大道北站2141隔离开关，开关恢复，接触网JB9区双边供电。

发生故障时白云大道北站214开关SCADA 记录报文如图1所示，波形图如图2
所示。

图1 白云大道北站214开关SCADA
记录报文
图2 白云大道北站214开关SCADA 波形
［摘 要］本文从行车组织、区间线路状况以及列车取流三个方面对白云大道北站至同和站上行线接触网JB9区故障跳闸原因进行分析，本次接触网故障跳闸主要原因为同一供电臂多辆列车同时取流而导致馈线开关Imax 保护动作跳闸。

［关键词］接触网；供电区；故障跳闸；Imax 保护［中图分类号］U226.8 ［文献标志码］B ［文章编号］1001–523X （2019）05–0043–02
Brief Analysis of Causes of Short-term Power Loss in the Power Supply
Zone of Guangzhou Metro and Suggestions for Optimization
Deng Gui-tang
［Abstract ］This paper analyses the tripping reasons of the overhead catenary in JB9 area from Baiyun Avenue North Station to Tonghe Station from three aspects: train organization, section line condition and train current taking. The main reason for the tripping is that the feeder switch Imax protection trips caused by multiple trains taking current at the same power supply arm at the same time. ［Keywords ］catenary; power supply area; fault tripping; Imax protection 广州地铁一起接触网供电区短时失电的原因浅析及优化建议
邓桂棠
（广州地铁集团有限公司，广东广州 511400
）
水温度、2号高加进口温度、2号高加正常疏水调阀阀位、2号高加水位测点1、2、3。

5 试验结论与分析
（1）2号高加疏水端差在高负荷时可以保证在5.6℃的设计值，但这需要维持2号高加水位稳定，水位的波动必定会导致2号高加疏水端差的波动，且水位波动较大时可能会导致2号高加回热抽汽直接与疏水冷却段管子直接接触，引发对设备的冲蚀。

（2）2号高加水位的波动原因初步分析为：由于二期机组采用汽动引风机，正常时其汽源为冷再热蒸汽，与2号高加抽汽为同一来源，经查，在负荷稳定时汽动引风机的冷再流量会不断波动，因此，极有可能由于此原因导致2号高加抽汽量的不断波动。

而2号高加水位测点1、2采用的是导波雷达，该设备测量准确度高、灵敏性强，2号高加水位的细微变化都会表现出来，从来引起2号高加疏水调阀的不断动作，2者叠
加导致2号高加水位无法稳定，2号高加疏水端差波动大。

（3）2号高加水位测点3为差压式平衡容器，灵敏性不足，对2号高加水位的细微变化体现不出来，正是这一特性，在“取测点3”时，2号高加水位能够维持稳定。

6 调整分析后建议
（1）将2号高加水位选择从“三选中”改为“取测点3”，但这样选择，需要热工通过逻辑及设备维护，保证测点3不跳变或测点3跳变时能够及时切至其它测点，保证正常运行时不会因为测点问题导致高加解列保护误动。

（2）对2号高加水位测点1、2增加滤波或者逻辑限制，降低其敏感性，也可以保证2号高加水位稳定在高值，保证2号高加疏水端差。

（3）在今后停机时，可将2号高加1、2导波雷达改为差压式平衡容器，既保证不会出现保护误动，也能够保证2号高加疏水端差。

电力系统
44丨电力系统装备 2019.5
Electric System
2019年第5期
2019 No.5
电力系统装备
Electric Power System Equipment
1.2 接触网供电区供电状况分析
接触网JB9区供电臂总长4.015 km ，包含三站两区间，供电臂采用双边供电方式，分别由白云大道北站214开关和同和站212开关供电，供电示意图如图3所示。

白云大道北站214开关总共设置大电流脱扣保护、定时限过流保护、电流速断保护、电流增量以及接触网热过负荷5种保护，其中电流速断保护Imax 保护整定值为7500 A ，即开关检测到电流大于7500 A 时，开关电流速断保护Imax 动作，连跳临所开关，造成接触网供电臂失电（图3）。

同和牵引变电所白云大道北站牵引变电所21421412122121
JB9区
M
M
同和站
永泰站
白云大道北站
图3 接触网JB9区供电情况
2 故障原因分析
根据白云大道北站214开关波形图以及保护动作时电流值分析，可以排除故障是由接触网系统自身主导电回路故障引起的。

因此主要从外部原因引起接触网故障跳闸，来分析此次故障跳闸原因。

2.1 跳闸时接触网供电区行车组织情况
结合当时接触网JB9区行车组织情况分析，白云大道北站214开关Imax 保护跳闸时刻是8：07：17，在白云大道北站开关跳闸瞬间JB9区内共有3台车，10706次（03A081082）车正从白云大道北站启动开往永泰站，11804次（03A129130）车正在进入永泰站，10506次（03A131132）车正从永泰站启动开往同和站，此时接触网JB9区内列车运行情况如图4
所示。

图4 跳闸瞬间接触网JB9区内列车运行情况
2.2 接触网供电区线路坡度分析
根据线路专业设计资料显示，接触网JB9区段白云大道北站至永泰站区间长度为759m ，永泰站至同和站区间长度为3256m ，属于长大区间。

同时，此区段地铁隧道坡度总体是由北往南攀升，存在长且连续的爬坡路段，在该方向行驶的列车大部分时间处于爬坡状态。

白云大道北站至同和站线路坡度分析如表1所示。

表1 白云大道北站—同和站线路坡度数据记录表
白云大道北站—同和站上行线
长度/m 294240729250438
370
485520总和
坡度/‰
5.363
2
3.203
2 5.017 3.579 3.7
换算垂直高度/m 1.5770.479 2.3350.5
2.197 1.32
4.36
1.9214.69 m
对线路专业坡度数据通过sin （arctan φ）·L 公式计算出实际连续爬升垂直高度。

白云大道北站—同和站区间最长连续爬坡长度有3.32 km ，换算连续爬升垂直高度共计14.69 m 。

这一区段的数据在连续爬坡长度及爬坡垂直高度都是整个上行线路的最高值。

2.3 三号线B 型车列车运行特性分析
广州地铁三号线以及三号线北延段使用的列车为B 型车，B 型车牵引特性曲线根据分析，如图5所示。

在列车启动到速度增加到40 km/h 时，牵引力一直处于最大状态，并且B 型列
车采用的是恒转矩恒功率启动方式，始终保持列车最大转矩。

根据前期试验列车在直线平坡段不同工况下的取流实验，实验数据如表2所示。

180
1601401201008060402020
10
30
40
5060V /km·h -1
70⑤
80
①②④
③
90100110120
0.10
加速度/m ·s -2,平均加速度/m ·s -2
制动力/k N ,列车阻力/k N 0.20.30.40.50.6
0.70.80.911.100
①牵引力②列出阻力
③有冲击限制的加速度④0~50km/h平均加速度⑤0~120km/h平均加速度
图5 B 型车牵引特性曲线
表2 三号线列车不同工况下电流值
线路列车运行工况高峰期最大取流/A
低峰期最大取流/A
三号线
加速区段2846.11950匀速区段300218三北线
加速区段28001875匀速区段
342
238
因此列车在爬坡线路运行时，三北线同一列车取流
I 1>2800A 。

3 结论
综合故障跳闸时段行车组织、线路坡度以及列车特性分析，在馈线开关跳闸时段接触网JB9区总共三列车在运行，且此时三列车处于加速爬坡取流阶段，根据三号线列车电流取值情况分析，爬坡阶段电流I 1>2800A ，三辆车同时取流则电流I 总=3I 1>2800×3=8400A 。

白云大道北站214开关I max 保护定值为7500A 。

I 总>I max ，因此，造成白云大道北站变电所214开关I max 保护出口动作跳闸，造成接触网JB9区短时失电。

综合上述分析，造成本次馈线开关跳闸接触网JB9区失电的主要原因为同一供电臂列车取流过大引起的。

4 优化建议
4.1 行车组织方面
OCC 行车调度在安排列车运行时候，注意控制好列车行车间隔，避免同一供电臂多台列车同时启动。

行车调度应该根据区间线路的状况、列车客流量以及供电臂列车数量等方面，按照不同区间、不同客流量以及不同列车数量，根据实际情况调整好行车间隔，避免同一个供电臂多辆列车同时加速取流，确保地铁安全可靠的运行。

生产组织部门在编制列车运行时刻表时，须充分考虑到供电系统的供电能力，在供电系统安全稳定运行的前提下，最大限度地满足运营要求。

4.2 信号系统方面
信号系统在设计ATO 运行模式时，须充分考虑供电系统的供电能力、列车时刻表、线路坡度以及线路列车启动及运行状况，避免同一供电臂多台列车同时启动或者多辆列车同时加速取流，造成同一供电臂列车电流取值大于供电系统开关保护整定值，造成接触网系统故障跳闸。

4.3 供电系统方面
供电系统在供电能力计算以及开关保护定值设定时，须充分结合不同运行时刻表，运行列车数量以及线路列车不同取流状况，在充分保护供电设备安全的前提下，合理设置开关保护整定值，最大限度地满足运行要求。

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.。