复线电气化铁路供电臂控制保护方案研究

引言 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ ） 供电方式和 Ａ Ｔ （ Ａ ｕ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ ） 供电方式。铁路沿线一 ２ ０ １ １ 年７ 月 １ ９ ３， １ 兰新 线 某牵 引 变 电所 在试 运 行 期 间 ， 变 电所 般 每 ４ ０ 至５ Ｏ公 里设 置 一 座 牵 引变 电 所 ， 牵 引变 电所 之 间设 置 分 区 上 下行 供 电臂在 分 区 所通 过 断 路器 实 现 并联 。 当供 电臂 上 发 生 馈线断路器 ２ １ ３ 距离保护 Ｉ 段动作 ， ９ ０ ０ ｍ ｓ 后馈线断路器 ２ １ ４电流 所 ，
科 技 创 新
２ ０ １ ４ ￣ １ ５ 期ｌ 科技创新与应用
复线 电气 化铁 路 供 电臂控 制 保护 方案研 究
蒋 功连
（ 中铁 第一勘察设计 院集 团有限公司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
摘 要： 针对兰新 线某 牵引变电所试运行期 间的一起馈 线保护跳 闸事故 ， 介绍 了采用直接供 电方式的复线电气化铁路的特 点， 在分析传统的 牵引变电所和分 区所供 电臂控制保护方案不足的基础上 ， 提 出了一种新型的供 电臂控制保护方案。通过在全线各 所 亭之 间 增设 专 用数 字 通信 通 道 ， 实现 牵 引 变 电所 与分 区所之 间信 息 共 享 ， 达 到 快速 切 除供 电臂 故 障 和 防止供 电臂 上 各 开 关误 操作的 目的， 提 高了供 电可靠性和调度 自动化水平。 关键词 ： 电气化铁路 ； 牵引供 电系统 ； 供 电臂 ； 控制 ； 保护
增量保护动作 ， 分区所上下行并联断路器 ２ ７ ２保护未动作 。故 障发 生在 ２ １ ３ 断路器对应的供 电臂下行 ， 按理说该故障应 由馈线断路器 ２ １ ３和分 区所 上 下行 并 联 断 路 器 ２ ７ ２之 间的 保 护 配合 迅 速 切 除 ， 而 不应影响上行供电臂的正常供 电。变电所保护装置 的跳 闸报告显 示， ２ １ ３ 馈线保护装置测 出的短路阻抗为 ： Ｒ ＝ １ ４ ． ５ ２ Ｑ， Ｘ ＝ ０ ． ９ ８ Ｑ， 距离 保护 电阻边界值整定为 １ ６ ． ３ ８ Ｑ。供 电臂全长 １ ８ ． ４ １ ｋ ｍ， 故障点距变 电所 ２ ｋ ｎ左右 ， ｉ 所以短路点 的接地电阻值可近似为 １ ４ ． ５ ２ Ｑ， 接地故 障性 质 为非 金 属性 接 地 。分 区所 距 短路 点 的 距离 较 远 ， 加 之 接地 为 非金属性接地 ，其测量到的短路阻抗值在距离保护 的动作 区域外 ， 距 离 保 护无 法 启 动 ， 导 致 事故 范 围扩 大 。 在复线电气化铁路 中 ，变 电所与分区所之 间的距离通常在 ２ ０ 公里左右 ， 两所之间的开关无法采用 电气闭锁 防止误操作 。所以牵 引变电所 ｖ停作业时， 经常 由于误操作分 区所的上下行并联断路器 而 将 电 送 至停 电区段 ， 轻 则 烧毁 接 地 封 线 ， 重 则会 危 及 人 身安 全 ， 这 种 事 故 在很 多 铁路 局 都 曾发 生 过 。 为避免接触网故 障时上下行相互影 响和防止误操作分 区所断 路器 ， 在复线电气化铁路开通初期 ， 只要接触网末端 电压 能够满足 规 范要求 ，运营单位大多选择将分 区所上下行 并联 断路 器退 出运
图 １直接 供 电方 式供 电臂 示 意 图 ２传统控制保护方案及其缺点 ２ ． １传 统 控制 保 护方 案 传统的保护方案是在牵引变 电所和分区所中分别设 置 、 外壳体 、 卡瓦套及卡瓦等组成 ， 见图 １ 。 × 外置油缸尾部 与动力头箱体连接 ， 夹紧钻杆时 ， 高压 油注入两 侧 外 置 油 缸无 杆 腔 ，油 缸与 蝶 型 弹 簧共 同推 动卡 瓦 套 向右 移 动 ， 卡 瓦套 上 的 Ｔ型斜 面槽 带 动 卡 瓦径 向 向 内移 动从 而 夹 紧卡 瓦 。 设计 分 调 整蝶 型 弹 簧 的基 本参 数 ， 核 算 出了蝶 型 弹 簧 的最 终 参 数 ， 蝶 型 配夹 紧 力 源 时 ， 蝶 型 弹簧 承 担 主要 夹 紧力 ， 外置 油缸 起 辅 助 夹 紧作 弹 簧受 力 曲 线 图见 图 ２ 。 用； 卡 瓦和 钻杆 磨 损 后 ， 可调 节 夹 紧 油压 ， 补偿 蝶 型 弹簧 夹 紧 力 的损 按照钻机工作要求 ， 计算 出蝶型弹簧和外置油缸需要提供的推 失； 松 开钻 杆 时 ， 高压 油 注入 两 侧 外 置油 缸 有 杆 腔 ， 迫使 蝶 型 弹 簧压 力 Ｆ １ 为 １ ８ ０ ． ９ ｋ Ｎ ， 故 ２只外 置 油缸 提 供 的液 压力 至 少应 达 到 ： Ｆ夹 ≥１ ８ ０ ． ９ — １ １ １ ． ２ ＝ ６ ９ ． ７ ６ ｋ Ｎ 缩， 卡 瓦套向左移动 ， 带动卡瓦径 向向外移动 ， 从而松开钻杆 。 ４ ． ２ 液 压卡 盘 主要 力 学设 计 油缸 夹 持压 力 为 ５ Ｍ Ｐ ａ ，两 只 油 缸提 供 的推力 为 ７ ８ ． ５ ｋ Ｎ，大 于 碟 型 弹簧 的 主要 破 坏形 式 是 疲 劳 断裂 ， 蝶 型 的设 计 对 于 卡 盘 的 ６ ９ ． ７ ６ ｋ Ｎ， 满 足设 计要 求 。 ４ ． ３液 压 卡盘 工 作 特性 工作可靠性来说比较重要 ， 根据设计手册里 的蝶型弹簧弹力计算公 式 ： １ ） 夹 紧力大 ， 卡瓦和钻杆磨损后 ， 夹紧力可调 ， 调节夹 紧油压 ， 即可 补偿 蝶 型 弹簧 夹 紧力 的损 失 。 ２ ） 夹 紧钻杆后 ， 对主轴受力而言 ， 蝶型弹簧产生的轴 向作用 与 １ ６ １ ｌ 反 作 用力 相 互抵 消 ， 改 善 了主 轴轴 承 的受 力状 况 。 ， ｚ ｌ ｌ ｌ ５结 束语 岩 心 钻探 装 备优 劣 在 地质 探 查 工作 中起 到基 础 先 决作 用 ， 加 强 对岩心钻探设备 的研究一直以来都是我 国地质勘探领域 的重点部 ．ｆ 分。 伴 随 我 国装备 技 术 的进 步 ， 经过 我 国地 质 勘探 科 技 的不 断发 展 ， ” 对 钻 探 设备 的不 断 创 新 ， 会 不 断 诞 生 出更 加 好 的钻 机 ， 满足 我 国地 Ｉ 目 ｝ 质勘探创新工作 的飞速发展 ， 使我国的地质勘探事业达到一个更高 的 目标 。
针对上述问题 ， 文章提出了一种新型的复线电气化铁路供电臂 控制保 护方案 ， 通过 实现变 电所与分区所之 间信息共享 ， 达到快速 切 除供电臂故障的 目的和防止供电臂上各开关误操作。 １复线 电气化铁路的特点 在 复 线 电 气 化 铁 路 中 ，主 要 采 用 直 接 供 电 方 式 、 Ｂ Ｔ （ Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ｅ ｒ
行。
故障时， 通过牵引变电所馈线断路器和分区所上下行并联断路器对 应的保护装置在保护定值和动作时限方面的配合实现故障的快速 隔离和恢复供电＿ ｌ － ３ ］ 。 以兰新线乌西至阿拉 山口段电气化改造工程 所采用 的直接供 电方式为例 ， 其供 电臂示意 图如图 １ 所示。当断路器 ２ １ １ 、 ２ １ ２ 合 闸 向接触 网正常供 电时 ， 合分 区所上下行并联断路器 ２ ７ １ ； 当相邻两牵 引变电所 的 ２ １ １ 、 ２ １ ２ 、 ２ １ ３ 、 ２ １ ４馈线断路器均处于分闸状态 时， 分 区 所２ ０ ０ １ 、 ２ ０ ０ ２ 越 区隔离开关可进行分合闸操作 。 分区所的运行方式 完全由相邻的牵引变电所决定 。