牵引供电系统故障测距案例分析
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185 = 2 26.7 = 185 1 917
阳高变电所馈线保护装置采用 DK3520 保护 装置，报告数据电抗值为二次侧值，馈线电流互感 器变比 1 000 / 5，母线电压互感器变比 275/1，折 算到二次侧的单位电抗 X0 = 0.42×200 / 275 = 0.305 。 L = X / X0 = 6.92 / 0.305 = 22.68 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 22.36 km 相差 320 m。 案例 6：2013 年 5 月 20 日 20 时 09 分怀仁变 重合 电所 224#断路器距离 І 段保护装置动作跳闸， 闸失败。 故标报告数据： L = 18.22 km， R = 13.6 ， X = 49.66 ，阻抗角度 74.68°。馈线电流互感器变 比 2 000 / 1，母线电压互感器变比 275 / 1。折算至 二次侧的单位电抗值为 X0 = 0.375×2 000 / 275 = 2.73 。 L = X / X0 = 49.66 / 2.73 = 18.2 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 18.22 km 相差 20 m。 跳闸原因为韩家岭站 104#处承力索中心锚结 辅助绳从下锚端悬式绝缘子处脱开接地， 实际故障 点距怀仁变电所 24 km，误差 5.78 km。 手动计算结果与故标报告一致。 测距误差大的 原因为怀仁至韩家岭区间多站场、 多专用线结构特 点造成整个供电臂接触网单位电抗变化较大， 站场 内接触网单位电抗要明显小于区间接触网单位电 抗，专用线线路阻抗对正线单位电抗也产生影响， 怀韩供电臂接触网单位电抗值非均衡变化 （0.375 /km） 。 针对供电臂多站场、多专用线的特点，可根据 分段线性电抗法将供电臂分为多个区段， 根据每段 接触网特点设定其单位电抗， 从而提高故障测距精 度。如怀仁至韩家岭供电臂的测距整定值修正，对 怀韩区间线路总阻抗重新核算， 将怀韩区间供电臂 分为怀仁—里八庄，里八庄—韩家岭 2 个区段，重 新核算各段线路单位电抗值。
Key words: catenary feeding; fault location; analysis 中图分类号： U226.5 文献标识码： B 文章编号： 1007-936X(2014)01-0006-04 流向量差，且 I1 = It1 If1，I2 = It2 If2（电流角度 相同为减，电流角度相反为加） ，其中，It1、It2、If1、 If2 分别为上下行馈线 T 线、F 线电流；D 为供电臂 长度（变电所至分区所距离） ；L 为故障点距变电 所距离。 根据电流守恒原理： 流出变压器的电流等于流 回变压器的电流， 即同一供电臂上下行电流的向量 和为零，即 It1 + It2 = If1 + If2 下面通过故障案例分析说明各种情况下故障 测距计算特点。 1.2 供电臂近点短路故障案例分析 案例 1：2013 年 6 月 4 日 9 时 38 分，延庆变 电所馈线 211#断路器正向阻抗 І 段保护装置动作跳 闸，重合闸成功。故标报告数据：L = 2 km，It1 = 1 416 A∠309.2 ， If1 = 3 662 A∠131.2 ， It2 = 1 279 A∠310.5，If2 = 1 068 A∠309。实际故障点为 延庆站 035#正馈线对向下锚悬吊瓷瓶第 1 片放电， 该处距变电所距离为 1.934 km，测距误差为 66 m。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 25.3 km） ： （1） I1 = It1 If1 = 5 078 A（电流角度相反） I2 = It2 If2 = 211 A（电流角度相同） 代入式（1）计算：
# # #
1 396 Min ( I1 , I 2 ) 2 27.9 = 2D = 1 396 2 255 I1 I 2
21.33 km 故标报告中 It1、 It2 的电流角度相差近 20°， If1、 If2 电流角度相差 3°，It1 与 If1 电流角度相差 194°， T 线、 F 线角度相差非 It2 与 If2 电流角度相差 171°， 标准 180°。在此按照上下行电流比公式计算得出 L = 21.33 km，与故标报告 20.76 km 相差 570 m。 这是由于电流角度非标准对称 180°时， 手动计算未 考虑偏移角度折算与故标报告相比存在一定误差。 通过上述例子可以看出， 接触网远端短路故障 时馈线上下行 T 线、F 线电流特点是：故障所在馈 线上的 T 线、F 线电流值大于非故障馈线上 T 线、 F 线电流值， 上下行 T 线电流和等于上下行 F 线电 流和，并且 T 线、F 线电流角度相反。 1.4 故标计算错误案例分析 案例 4： 2013 年 5 月 3 日 20 时 31 分下庄变电 重合闸 所 213#断路器阻抗 І 段保护装置动作跳闸， 失 败 。 故 标 报 告 数 据 ： L = 4.12 km ， It1 = 3 220 A∠117.3 ， If1 = 1 303 A∠290.6 ， It2 = 916 A∠308，If2 = 1 101 A∠288.7。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 26.7 km） ： I1 = It1 If1 = 4 523 A I2 = It2 If2 = 185 A 代入式（1）计算：
#
=
185 2 26.7 185 4 523
=
2.09 km 手动计算与故标报告数据相差 2.03 km，实际 故障点距变电所 1.9 km， 手动计算结果与实际故障 点 误 差 190 m ， 故 标 报 告 与 实 际 故 障 点 误 差 2.22 km。 分析测距误差较大原因为故标计算有误， 故标 将 213#馈线 T 线和 F 线电流应为向量和关系，按 照向量差计算，致使故标报告误差较大。 推算如下： I1 = It1 If1 = 1 917 A（应为向量和，实际按向 7
供变电
电气化铁道
2014 年第 1 期
牵引供电系统故障测距案例分析
柴
摘
峰
要：通过列举牵引供电系统 AT 供电方式上下行电流比原理和直供方式电抗逼近法原理的接触网故障测距
实际案例，对各种故障情况下故障点标定装置故障报告数据进行分析，得出其故障报告数据的特点和规律，并 分析故障测距误差产生的原因。通过分析掌握各种供电方式下故障测距方式原理和计算方法，采取可行的方法 降低故障测距误差，从而更有效地指导接触网故障查找，压缩故障延时。
1
1.1
复线上下行电流比故障测距方式分析
复线上下行电流比故障测距方式原理 大秦线、迁曹线 AT 供电方式变电所正线采用
复线上下行电流比原理， 故障测距采用独立故标装 置，当线路末端闭环（并联）运行时，复线上下行 电流比故障测距公式： Min ( I1 , I 2 ) L 2D I1 I 2
L
上述故标报告中 It1、It2、If2 的电流角度相同， 电流值大小 If1 = It1 If1 电流角度与前三项角度相反， + It2 + If2，符合电流守恒原理。 通过计算故障点距变电所 2.02 km，与故标报 告 2 km 相差很小，故标报告数据正确。 案例 2： 2013 年 6 月 4 日 10 时 10 分延庆变电 重 所馈线 214 断路器阻抗 І 段保护装置动作跳闸， 合闸成功。故标报告数据： L = 0.32 km ， It1 = 1 473 A∠134.5 ， If1 = 1 512 A∠133.8 ， It2 = 4 173 A∠320.0，If2 = 1 672 A∠134。实际故障点为 延庆站 118 —117 软横跨 2 道、4 道直吊线遭雷击 被烧断，该处距变电所距离为 0.222 km，测距误差 为 98 m。 代入数据计算 （该供电臂长度 D 为 22.17 km） ： I1 = It1 If1 = 39 A（电流角度相同） I2 = It2 If2 = 5 845 A（电流角度相反） 代入式（1）计算：
关键词：牵引供电；故障测距；分析 Abstract: In this paper, through enumerating cases of AT feeding system and direct feeding negative feeder to
illustrate two method of fault location, uplink downlink current ratio and reactance method. Through analyzing fault trip data, we summarize regular pattern and causes. Master the principle and method of measuring fault location could improve the efficiency of catenary lightning-fault finding and shorten the breakdown delay time.
L Min ( I1 , I 2 ) 2D I1 I 2
0
引言
大秦线、北同蒲线作为铁路运输繁忙干线，年
运量达到 4.5 亿 t。由于重载列车运行密度大，牵 引负荷重，接触网及牵引变电所运行环境相对较 差，经常发生故障跳闸。牵引供电系统故障测距在 接触网故障查找中具有重要的指导意义， 跳闸后故 障点标定（下文简称故标）装置指示的故障距离是 否准确，直接影响到能否尽快定位故障点。因此， 分析研究牵引供电故标装置的运行情况及其存在 误差的原因，最大程度地减少测距误差，对尽快定 位接触网故障点， 快速消除故障恢复正常供电有着 重要作用，对保证铁路运输安全意义重大。
式中，I1、I2 分别为上下行馈线 T 线电流与 F 线电
作者简介：柴 峰.大秦铁路股份有限公司大同西供电段， 工程师，山西 大同 037005，电话：13994333773。
=
211 2 25.3 211 5 078
=
6
牵引供电系统故障测距案例分析 2.02 km
柴
峰
供变电 I1 = It1 If1 =1 396 A（电流角度相反） I2 = It2 If2 = 2 255 A（电流角度相反） 代入式（1）计算：
供变电 量差计算） I2 = It2 If2 = 185 A 代入式（1）计算：
Min ( I1 , I 2 ) L 2D I1 I 2
电气化铁道
2014 年第 1 期
3.56 Ω，X = 6.92 Ω，U1 = 62.9 V，I = 8.06 A。故障 点为沙屯堡分区亭内穿墙套管引线搭挂油毡断线， 供电臂全长 22.9 km。
L Min ( I1, I 2 ) 2D I1 I 2
39 Min ( I1 , I 2 ) 2 22.17 = L 2D = 39 5 845 I1 I 2
0.29 km 故标报告中 It1、If1、If2 的电流角度相同，It2
电流角度与前三项角度相反，电流值大小 It2 = It1 + If1 + If2。 通过计算故障点距变电所 0.29 km，与故标报 告 0.32 km 相差很小，故标报告数据正确。 通过上面 2 个例子可以看出， 供电臂近点短路 故障时馈线上下行 T、F 线电流特点是：故障线上 的电流值等于非故障线上电流值之和， 并且故障线 电流角度与非故障线电流角度相反 （相差近 180°） 。 1.3 供电臂远端短路故障案例分析 案例 3： 2013 年 6 月 6 日 15 时 49 分永安堡变 电所馈线 212#断路器阻抗 II 段保护装置动作跳闸， 重合闸成功。故标报告数据：L = 20.76 km，It1 = 741 A∠294.2 ； If1 = 655 A∠100.3 ； It2 = 1 096 A∠275；If2 = 1 159 A∠103.8。实际故障点为 该处距变电所距离为 区间 106 正馈线绝缘子闪络， 21.24 km，测距误差为 480 m。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 27.9 km） ：
阳高变电所馈线保护装置采用 DK3520 保护 装置，报告数据电抗值为二次侧值，馈线电流互感 器变比 1 000 / 5，母线电压互感器变比 275/1，折 算到二次侧的单位电抗 X0 = 0.42×200 / 275 = 0.305 。 L = X / X0 = 6.92 / 0.305 = 22.68 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 22.36 km 相差 320 m。 案例 6：2013 年 5 月 20 日 20 时 09 分怀仁变 重合 电所 224#断路器距离 І 段保护装置动作跳闸， 闸失败。 故标报告数据： L = 18.22 km， R = 13.6 ， X = 49.66 ，阻抗角度 74.68°。馈线电流互感器变 比 2 000 / 1，母线电压互感器变比 275 / 1。折算至 二次侧的单位电抗值为 X0 = 0.375×2 000 / 275 = 2.73 。 L = X / X0 = 49.66 / 2.73 = 18.2 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 18.22 km 相差 20 m。 跳闸原因为韩家岭站 104#处承力索中心锚结 辅助绳从下锚端悬式绝缘子处脱开接地， 实际故障 点距怀仁变电所 24 km，误差 5.78 km。 手动计算结果与故标报告一致。 测距误差大的 原因为怀仁至韩家岭区间多站场、 多专用线结构特 点造成整个供电臂接触网单位电抗变化较大， 站场 内接触网单位电抗要明显小于区间接触网单位电 抗，专用线线路阻抗对正线单位电抗也产生影响， 怀韩供电臂接触网单位电抗值非均衡变化 （0.375 /km） 。 针对供电臂多站场、多专用线的特点，可根据 分段线性电抗法将供电臂分为多个区段， 根据每段 接触网特点设定其单位电抗， 从而提高故障测距精 度。如怀仁至韩家岭供电臂的测距整定值修正，对 怀韩区间线路总阻抗重新核算， 将怀韩区间供电臂 分为怀仁—里八庄，里八庄—韩家岭 2 个区段，重 新核算各段线路单位电抗值。
Key words: catenary feeding; fault location; analysis 中图分类号： U226.5 文献标识码： B 文章编号： 1007-936X(2014)01-0006-04 流向量差，且 I1 = It1 If1，I2 = It2 If2（电流角度 相同为减，电流角度相反为加） ，其中，It1、It2、If1、 If2 分别为上下行馈线 T 线、F 线电流；D 为供电臂 长度（变电所至分区所距离） ；L 为故障点距变电 所距离。 根据电流守恒原理： 流出变压器的电流等于流 回变压器的电流， 即同一供电臂上下行电流的向量 和为零，即 It1 + It2 = If1 + If2 下面通过故障案例分析说明各种情况下故障 测距计算特点。 1.2 供电臂近点短路故障案例分析 案例 1：2013 年 6 月 4 日 9 时 38 分，延庆变 电所馈线 211#断路器正向阻抗 І 段保护装置动作跳 闸，重合闸成功。故标报告数据：L = 2 km，It1 = 1 416 A∠309.2 ， If1 = 3 662 A∠131.2 ， It2 = 1 279 A∠310.5，If2 = 1 068 A∠309。实际故障点为 延庆站 035#正馈线对向下锚悬吊瓷瓶第 1 片放电， 该处距变电所距离为 1.934 km，测距误差为 66 m。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 25.3 km） ： （1） I1 = It1 If1 = 5 078 A（电流角度相反） I2 = It2 If2 = 211 A（电流角度相同） 代入式（1）计算：
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1 396 Min ( I1 , I 2 ) 2 27.9 = 2D = 1 396 2 255 I1 I 2
21.33 km 故标报告中 It1、 It2 的电流角度相差近 20°， If1、 If2 电流角度相差 3°，It1 与 If1 电流角度相差 194°， T 线、 F 线角度相差非 It2 与 If2 电流角度相差 171°， 标准 180°。在此按照上下行电流比公式计算得出 L = 21.33 km，与故标报告 20.76 km 相差 570 m。 这是由于电流角度非标准对称 180°时， 手动计算未 考虑偏移角度折算与故标报告相比存在一定误差。 通过上述例子可以看出， 接触网远端短路故障 时馈线上下行 T 线、F 线电流特点是：故障所在馈 线上的 T 线、F 线电流值大于非故障馈线上 T 线、 F 线电流值， 上下行 T 线电流和等于上下行 F 线电 流和，并且 T 线、F 线电流角度相反。 1.4 故标计算错误案例分析 案例 4： 2013 年 5 月 3 日 20 时 31 分下庄变电 重合闸 所 213#断路器阻抗 І 段保护装置动作跳闸， 失 败 。 故 标 报 告 数 据 ： L = 4.12 km ， It1 = 3 220 A∠117.3 ， If1 = 1 303 A∠290.6 ， It2 = 916 A∠308，If2 = 1 101 A∠288.7。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 26.7 km） ： I1 = It1 If1 = 4 523 A I2 = It2 If2 = 185 A 代入式（1）计算：
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185 2 26.7 185 4 523
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2.09 km 手动计算与故标报告数据相差 2.03 km，实际 故障点距变电所 1.9 km， 手动计算结果与实际故障 点 误 差 190 m ， 故 标 报 告 与 实 际 故 障 点 误 差 2.22 km。 分析测距误差较大原因为故标计算有误， 故标 将 213#馈线 T 线和 F 线电流应为向量和关系，按 照向量差计算，致使故标报告误差较大。 推算如下： I1 = It1 If1 = 1 917 A（应为向量和，实际按向 7
供变电
电气化铁道
2014 年第 1 期
牵引供电系统故障测距案例分析
柴
摘
峰
要：通过列举牵引供电系统 AT 供电方式上下行电流比原理和直供方式电抗逼近法原理的接触网故障测距
实际案例，对各种故障情况下故障点标定装置故障报告数据进行分析，得出其故障报告数据的特点和规律，并 分析故障测距误差产生的原因。通过分析掌握各种供电方式下故障测距方式原理和计算方法，采取可行的方法 降低故障测距误差，从而更有效地指导接触网故障查找，压缩故障延时。
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复线上下行电流比故障测距方式分析
复线上下行电流比故障测距方式原理 大秦线、迁曹线 AT 供电方式变电所正线采用
复线上下行电流比原理， 故障测距采用独立故标装 置，当线路末端闭环（并联）运行时，复线上下行 电流比故障测距公式： Min ( I1 , I 2 ) L 2D I1 I 2
L
上述故标报告中 It1、It2、If2 的电流角度相同， 电流值大小 If1 = It1 If1 电流角度与前三项角度相反， + It2 + If2，符合电流守恒原理。 通过计算故障点距变电所 2.02 km，与故标报 告 2 km 相差很小，故标报告数据正确。 案例 2： 2013 年 6 月 4 日 10 时 10 分延庆变电 重 所馈线 214 断路器阻抗 І 段保护装置动作跳闸， 合闸成功。故标报告数据： L = 0.32 km ， It1 = 1 473 A∠134.5 ， If1 = 1 512 A∠133.8 ， It2 = 4 173 A∠320.0，If2 = 1 672 A∠134。实际故障点为 延庆站 118 —117 软横跨 2 道、4 道直吊线遭雷击 被烧断，该处距变电所距离为 0.222 km，测距误差 为 98 m。 代入数据计算 （该供电臂长度 D 为 22.17 km） ： I1 = It1 If1 = 39 A（电流角度相同） I2 = It2 If2 = 5 845 A（电流角度相反） 代入式（1）计算：
关键词：牵引供电；故障测距；分析 Abstract: In this paper, through enumerating cases of AT feeding system and direct feeding negative feeder to
illustrate two method of fault location, uplink downlink current ratio and reactance method. Through analyzing fault trip data, we summarize regular pattern and causes. Master the principle and method of measuring fault location could improve the efficiency of catenary lightning-fault finding and shorten the breakdown delay time.
L Min ( I1 , I 2 ) 2D I1 I 2
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引言
大秦线、北同蒲线作为铁路运输繁忙干线，年
运量达到 4.5 亿 t。由于重载列车运行密度大，牵 引负荷重，接触网及牵引变电所运行环境相对较 差，经常发生故障跳闸。牵引供电系统故障测距在 接触网故障查找中具有重要的指导意义， 跳闸后故 障点标定（下文简称故标）装置指示的故障距离是 否准确，直接影响到能否尽快定位故障点。因此， 分析研究牵引供电故标装置的运行情况及其存在 误差的原因，最大程度地减少测距误差，对尽快定 位接触网故障点， 快速消除故障恢复正常供电有着 重要作用，对保证铁路运输安全意义重大。
式中，I1、I2 分别为上下行馈线 T 线电流与 F 线电
作者简介：柴 峰.大秦铁路股份有限公司大同西供电段， 工程师，山西 大同 037005，电话：13994333773。
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211 2 25.3 211 5 078
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牵引供电系统故障测距案例分析 2.02 km
柴
峰
供变电 I1 = It1 If1 =1 396 A（电流角度相反） I2 = It2 If2 = 2 255 A（电流角度相反） 代入式（1）计算：
供变电 量差计算） I2 = It2 If2 = 185 A 代入式（1）计算：
Min ( I1 , I 2 ) L 2D I1 I 2
电气化铁道
2014 年第 1 期
3.56 Ω，X = 6.92 Ω，U1 = 62.9 V，I = 8.06 A。故障 点为沙屯堡分区亭内穿墙套管引线搭挂油毡断线， 供电臂全长 22.9 km。
L Min ( I1, I 2 ) 2D I1 I 2
39 Min ( I1 , I 2 ) 2 22.17 = L 2D = 39 5 845 I1 I 2
0.29 km 故标报告中 It1、If1、If2 的电流角度相同，It2
电流角度与前三项角度相反，电流值大小 It2 = It1 + If1 + If2。 通过计算故障点距变电所 0.29 km，与故标报 告 0.32 km 相差很小，故标报告数据正确。 通过上面 2 个例子可以看出， 供电臂近点短路 故障时馈线上下行 T、F 线电流特点是：故障线上 的电流值等于非故障线上电流值之和， 并且故障线 电流角度与非故障线电流角度相反 （相差近 180°） 。 1.3 供电臂远端短路故障案例分析 案例 3： 2013 年 6 月 6 日 15 时 49 分永安堡变 电所馈线 212#断路器阻抗 II 段保护装置动作跳闸， 重合闸成功。故标报告数据：L = 20.76 km，It1 = 741 A∠294.2 ； If1 = 655 A∠100.3 ； It2 = 1 096 A∠275；If2 = 1 159 A∠103.8。实际故障点为 该处距变电所距离为 区间 106 正馈线绝缘子闪络， 21.24 km，测距误差为 480 m。 代入数据计算（该供电臂长度 D 为 27.9 km） ：