許毅濤

全并聯(lián)AT電流分布簡(jiǎn)化模型及應(yīng)用

許毅濤

分析全并聯(lián)AT供電特點(diǎn)，建立全并聯(lián)AT供電簡(jiǎn)化模型。利用該模型進(jìn)行電流分析、測(cè)距裝置接線校驗(yàn)、變電設(shè)備缺陷查找，解決杭深線寧波—溫州段測(cè)距裝置無(wú)法判斷上下行的問題。

全并聯(lián)AT；電流分析；簡(jiǎn)化模型

0 引言

2009年4月1日，上海鐵路局第一條全并聯(lián)AT供電線路合武客專正式運(yùn)營(yíng)。5年時(shí)間里，上海鐵路局采用全并聯(lián)AT供電模式的客專線路已超過(guò)2000正線公里。由于國(guó)內(nèi)關(guān)于全并聯(lián)AT供電的技術(shù)資料不多，提供的分析模型較為復(fù)雜，技術(shù)人員不易掌握，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)的一些問題沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)整改，影響了可靠供電。根據(jù)全并聯(lián)AT運(yùn)行特點(diǎn)，建立簡(jiǎn)化分析模型，加強(qiáng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，是當(dāng)前一項(xiàng)重要工作。

1 全并聯(lián)AT供電特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)全并聯(lián)AT供電的牽引所主變壓器大部分采用V/X接線，饋線側(cè)不設(shè)AT變壓器，饋線T/F線LH分設(shè)。AT所正常運(yùn)行時(shí)上下行饋線合環(huán)，所內(nèi)2臺(tái)AT變壓器一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。分區(qū)所2個(gè)方向的供電臂各接入一套與AT所相同的設(shè)備，運(yùn)行方式也與AT所相同，中間設(shè)置越區(qū)GK以備越區(qū)時(shí)使用。

2 全并聯(lián)AT供電簡(jiǎn)化模型的建立和分析

國(guó)內(nèi)技術(shù)文獻(xiàn)及綜自廠家提供的全并聯(lián)AT電流分布模型均較為復(fù)雜，不便于日常運(yùn)行分析使用，如圖1、圖2所示。針對(duì)這種情況，筆者參考有關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合工作實(shí)踐，建立了全并聯(lián)AT電流分布簡(jiǎn)化模型（圖3）。

圖1 全并聯(lián)AT供電模型1示意圖

圖2 全并聯(lián)AT供電模型2示意圖

圖3 全并聯(lián)AT供電簡(jiǎn)化模型示意圖

該模型以鐵軌代表PW線、架空地線、大地等回流系統(tǒng)；按相別將上下行T線放一側(cè)，上下行F線放另一側(cè)；在AT所和分區(qū)所，上下行T線、上下行F線分別先并聯(lián)再通過(guò)AT變壓器電氣相連。該模型突出了全并聯(lián)AT的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了不必要的部分，特別方便對(duì)負(fù)荷和短路電流進(jìn)行分析。

當(dāng)動(dòng)車沿下行供電臂從牽引所向AT所運(yùn)行，牽引所下行T線電流最大，然后逐漸減??；上行T線通過(guò)AT所并聯(lián)DL迂回供電且電流逐漸增大；上下行F線電流基本相等且逐漸增大，在AT所先并聯(lián)再經(jīng)AT變壓器轉(zhuǎn)換后迂回供電。AT所4條線電流均逐步增大，下行T線電流最大且等于其他三線電流之和，上下行F線電流基本相等。

當(dāng)動(dòng)車沿下行供電臂從AT所向分區(qū)所運(yùn)行，牽引所上下行T線、上下行F線電流基本相等。AT所下行T線電流最大，然后逐漸減??；上行T線通過(guò)分區(qū)所并聯(lián)DL迂回供電且電流逐漸增大；上下行F線電流基本相等且逐漸增大，在分區(qū)所先并聯(lián)再經(jīng)AT變壓器轉(zhuǎn)換后迂回供電。分區(qū)所4條線電流均逐步增大，下行T線電流最大且等于其他三線電流之和，上下行F線電流基本相等。

3 全并聯(lián)AT供電簡(jiǎn)化模型的應(yīng)用

3.1 檢驗(yàn)測(cè)距裝置接線是否正確

全并聯(lián)AT線路普遍在牽引所、AT所、分區(qū)所安裝測(cè)距裝置來(lái)解決故障測(cè)距問題。跳閘時(shí)測(cè)距裝置會(huì)同時(shí)采集各所的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)距計(jì)算。應(yīng)用簡(jiǎn)化模型對(duì)測(cè)距報(bào)文進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)許多測(cè)距裝置接線存在的問題。如2013年的某日滬寧城際某供電臂跳閘，測(cè)距報(bào)文見表1。

表1 2013年某日滬寧城際某供電臂跳閘測(cè)距報(bào)文表

根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)建立電流分布簡(jiǎn)化模型如圖4，并利用模型對(duì)數(shù)據(jù)分析如下：

（1）分區(qū)所。根據(jù)AT變壓器特性，AT變壓器兩端：

a.IF上+ IF下= 508 + 495 = 1 003 A，與AT變壓器IF（1 010 A）接近，且IF上、IF下基本相等。

b.IT下= 1 010 + 644 = 1 654 A，與實(shí)測(cè)電流1 650 A接近。

綜上所述：分區(qū)所電流分配正確，接線無(wú)誤。

（2）AT所。根據(jù)AT變壓器特性，AT變壓器兩端：

a.AT所IT下= 970 + 746 = 1 716 A，與實(shí)測(cè)電流1 708 A接近。

b.AT所IF上+ IF下= 2 184 + 255 = 2 439 A，與AT變壓器IF（970 A）相差較多。

綜上所述：AT所上下行F線電流分配有誤，接線存在問題。

通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)AT所上下行饋線測(cè)距用LH的N線（饋線LH二次側(cè)接出T、F、N三根線）分別接到了測(cè)距裝置的上下行F線電流端口。

圖4 全并聯(lián)AT簡(jiǎn)化模型應(yīng)用1示意圖

3.2 找出變電設(shè)備存在的問題

利用簡(jiǎn)化模型對(duì)測(cè)距報(bào)文進(jìn)行分析，還可以發(fā)現(xiàn)一些日常巡檢不易發(fā)現(xiàn)的變電設(shè)備問題。如2012年的某日京滬高鐵某供電臂跳閘，測(cè)距報(bào)文見表2。

報(bào)文中AT所上行T、F電流分別為0、2 A，不符合全并聯(lián)AT電流分布特點(diǎn)。初步分析原因可能有2種：一是AT所上行饋線流互未接入測(cè)距裝置，實(shí)際有電流而未反映出來(lái)，這種情況下電流分布應(yīng)該存在問題；二是AT所上行饋線存在斷點(diǎn)，沒有電流流過(guò)，這種情況下報(bào)文電流分布數(shù)據(jù)應(yīng)該吻合。根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)建立簡(jiǎn)化模型如圖5，并利用模型對(duì)數(shù)據(jù)分析如下：

對(duì)于AT所，AT變壓器兩端：

說(shuō)明AT所上行饋線未參與電流分配，即上行饋線的T、F線均存在斷點(diǎn)。

為進(jìn)一步確證上述論斷，繼續(xù)分析如下：

a.牽引所IF上= 分區(qū)所IF上+ AT所IF上= 615 + 2 = 617 A，與實(shí)測(cè)電流601 A接近。

說(shuō)明上行供電臂的F線電流分布正常。

b.短路電流ID= ID1+ ID2

ID1= 牽引所IT上+ AT所IT上= 4 241 - 0 = 4 241 A

ID2= 分區(qū)所IT上= 1 605 A

ID= 4 241 + 1 605 = 5 846 A

c.牽引所總饋出電流：

I總= 牽引所IT上+ IT下+ IF上+ IF下=

4 241 + 129 + 601 + 840 = 5 811 A

d.總吸上電流IR= IR1+ IR2+ IR3

IR= 2 915 + 1 308 + 1 629 = 5 852 A

由此得出：ID、I總、IR電流值基本相等，說(shuō)明上行供電臂的T線電流分布也正常。

綜上所述：測(cè)距報(bào)文數(shù)據(jù)正確，AT所上行饋線確實(shí)沒有電流流過(guò)。

由于AT所內(nèi)為全封閉GIS設(shè)備，通過(guò)調(diào)閱開關(guān)動(dòng)作記錄確認(rèn)跳閘前上行饋線DL、GK都是合位，檢查上行供電線也未發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)。在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行倒閘試驗(yàn)，利用GIS柜的帶電顯示器終于確認(rèn)柜內(nèi)存在斷點(diǎn)。聯(lián)系廠家將柜體打開后發(fā)現(xiàn)DL傳動(dòng)銷松脫，分合閘時(shí)雖正常顯示分合，但實(shí)際一直處于分位。

圖5 全并聯(lián)AT簡(jiǎn)化模型應(yīng)用2示意圖

3.3 解決杭深線跳閘重合后上下行故障判定問題

杭深客專寧波—溫州段由于AT所和分區(qū)所上下行饋線間只有1組橫聯(lián)DL（圖6），無(wú)法像其他客專AT所和分區(qū)所那樣直接測(cè)得上下行饋線電流，致使跳閘重合后測(cè)距裝置無(wú)法判斷上下行故障。

圖6 杭深線AT所主接線圖

分析杭深線AT所、分區(qū)所的主接線圖（圖略）發(fā)現(xiàn)：所有的1AT都接在橫聯(lián)DL的下行側(cè)，所有的2AT都接在上行側(cè)，測(cè)距報(bào)文中吸上電流1、吸上電流2分別對(duì)應(yīng)1AT、2AT。根據(jù)該特點(diǎn)，將模型適當(dāng)改造就可以判斷上下行故障。如2012年某日的1次跳閘，測(cè)距報(bào)文見表3。

比較牽引所、AT所、分區(qū)所的吸上電流，可以首先判斷故障在第二區(qū)段。AT所吸上電流1有數(shù)值，說(shuō)明下行側(cè)的1AT運(yùn)行。分區(qū)所吸上電流2有數(shù)值，說(shuō)明上行側(cè)的2AT運(yùn)行。根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)建立電流分布簡(jiǎn)化模型如圖7。

表3 2012年某日杭深線某供電臂跳閘測(cè)距報(bào)文表

圖7 杭深線電流分布簡(jiǎn)化模型示意圖

（1）AT所。AT變壓器兩端：

a.IT1= 496＞679 A，說(shuō)明IT與IT1一起流向下行T線；AT所下行T線電流：

b.IF1= 341＜679 A，說(shuō)明IF1是IF的一部分流向上行F線；AT所下行F線電流：

（2）分區(qū)所。AT變壓器兩端IT= IF= IR3/ 2 = 1 194 / 2 = 597A

a.IT2= 953＞597 A，說(shuō)明IT作為IT2的一部分流向下行T線；分區(qū)所上行T線電流：

b.IF2= 297＜597 A，說(shuō)明IF2是IF的一部分流向上行F線；分區(qū)所下行F線電流：

（3）短路點(diǎn)分析。

a.AT所、分區(qū)所的上下行F線電流基本相等，說(shuō)明上下行F線沒有短路點(diǎn)。

b.AT所IT3= IT+ IT1= IF1+ IF3+ IT1

分區(qū)所IT2= IT+ IT4= IF2+ IF4+ IT4

說(shuō)明短路點(diǎn)在第二區(qū)間下行T線。

（4）校驗(yàn)。

a.短路電流：

b.牽引所總饋出電流：

c.總吸上電流：

由此得出：ID（3 010 A）、I總（3 007 A）、IR（3 026 A）基本相等，說(shuō)明電流分布正確，故障點(diǎn)在第二區(qū)間下行T線。

4 結(jié)論

通過(guò)上述簡(jiǎn)化模型分析計(jì)算，加深了設(shè)備管理人員對(duì)全并聯(lián)AT供電系統(tǒng)的理解，為日常運(yùn)行分析提供了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的工具。利用該模型還可以簡(jiǎn)化全并聯(lián)AT供電線路的阻抗分析：把連接T、F端的AT變壓器看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，能夠很直觀地得出短路點(diǎn)兩端上下行T、F線阻抗的串并聯(lián)關(guān)系；根據(jù)線路長(zhǎng)度與阻抗成正比、電流與阻抗成反比的關(guān)系，演算證明吸上電流比測(cè)距最重要的一個(gè)原理—短路點(diǎn)兩端吸上電流與故障距離成反比的關(guān)系。

[1] 李群湛，賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.

[2] 高仕斌，陳維榮，陳小川.客運(yùn)專線牽引供電自動(dòng)化[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.

The paper analyzes charateristics of full parallel AT power supply, set up full parallel AT power supply simplified model. The model is adopted to analyze the current, calibrate the wiring of distance measuring device, carry out the touble shooting of substation equipment, and tackle with the problem that it is impossible to determine by the distance measuring device of the up-track and down-track of Ninbo-Wenzhou section of Hangzhou-Shenzhen line.

Full parallel AT; current analysis; simplified model

U223.5+1

B

1007-936X(2015)01-0037-04

2014-02-20

許毅濤.上海鐵路局調(diào)度所供電調(diào)度室，工程師，電話：18616028355。