关键词：AT供电；故障电流；馈线保护；跳闸

1 引言

电气化铁路中牵引供电系统是基础，由于高速电气化铁路行车密度大、运行速度较高，进一步提高牵引供电系统的可靠性非常必要。

全并联AT供电方式在我国高速铁路多年的运行中取得了良好的效果，但增加了自耦变压器的AT供电方式的牵引网结构复杂，受天气情况、弓网关系等因素影响较大，故其故障发生概率较高，甚至引起停电事故。选择一种跟可靠的馈线保护跳闸方案能够更好的增强牵引供电系统的可靠性。

2 保护配合方式现状

我国高速铁路牵引供电系统采用全并联AT供电方式，其供电模型如图1所示，该电流分布模型较为复杂，为了方便短路电流的计算，建立了全并联AT供电方式电流分布简化模型，如图2所示。

图1 全并联AT供电方式示意图

图2 全并联AT供电方式简化模型

如图2所示，牵引变电所馈线断路器211DL、212DL均以阻抗保护为主保护，阻抗一段保护线路全长，AT所的并联断路器271DL、272DL和分区所的273DL、274DL设置失压跳闸和有压重合闸功能，与牵引变电所馈线重合闸功能配合实现故障行别的隔离和非故障行别的恢复供电。其保护配合方式如下：

（1）馈线接触网出现故障时，牵引变电所馈线断路器211DL、212DL阻抗一段同时延时0.1s跳闸。

（2）牵引所馈线断路器跳闸后，AT所、分区所馈线断路器271DL、272DL、273DL、274DL失压保护，延时1s跳闸，全并联AT供电方式解列。

（3）设定延时2s后，牵引所馈线断路器同时重合闸，合闸瞬间，该供电臂为直接供电方式。

（4）若接触网为瞬时性故障，则牵引所馈线断路器全部重合成功；延时3s，AT所、分区所馈线检测线路有电压，全部重合闸成功，牵引供电系统恢复正常全并联AT供电方式。

（5）如为下行接触网故障，则上行馈线断路器212DL重合成功，下行馈线断路器211DL重合失败，再次跳闸。设定延时3s后，AT所、分区所馈线断路器检线路电压。检测线路有电压，则该馈线断路器重合闸成功；检线路无电压，则不重合。如下行接触网故障，牵引所下行馈线断路器211DL重合闸失败，下行线路无电压，则AT所、分区所下行馈线断路器检测下行线路无电压，不重合。从而切除故障线路，保证另一行别线路正常供电。

上述保护配合方式，断路器跳闸方案为无故障线别断路器同时经过一次跳闸和重合闸过程，对非故障线路的供电和行车、馈线断路器本身都有一定的影响。

3 一种新保护跳闸方案

本文研究的保护跳闸方案以高铁牵引供电馈线微机保护的相关原理为理论基础^[1-3]，以短路电流为保护动作启动判据，增加相关馈线断路器之间的电气闭锁关系，可实现牵引所馈线断路器保护跳闸的选择性，避免非故障线别断路器动作，延长断路器使用寿命，提高牵引供电系统可靠性。

现有全并联AT供电方式都设有专门通信通道的故障测距系统^[4]，通过GPS对时功能，确保牵引所、AT所、分区所测距同步进行。本方案在实现测距装置和馈线保护装置之间的信息交互的前提下，当接触网发生故障时，故障测距装置采集到所亭的吸上电流值，比较吸上电流最大值处馈线断路器电流值，大电流对应的牵引所馈线断路器保护跳闸，小电流对应的牵引所馈线断路器设置跳闸闭锁，闭锁时间可设为0.2s，可确保保护的可靠性。

将故障测距装置和馈线保护装置归入一个通信网络中，代替常规模式的测距专用通道，快速交互故障信息。经统计分析，接触网按故障性质可分为接触线短路故障、AF线短路故障、接触线与AF线间短路故障等。按故障位置可分为牵引所近端故障、牵引所远端故障。统计得出，在吸上电流最大值处所亭馈线断路器馈线电流值相差较大，而故障线别对应的馈线断路器电流值较大。以供电臂下行故障时来说明新方案的实施过程：

（1）接触网故障时，牵引所测距装置测距启动，启动时间0.05s（时限可设置），给子所发送启动报文，专用信道传输延时不超过0.004s，子所测距装置将接受启动命令时的数据上传给主所测距装置，测距装置信息交互过程时间不超过0.02s，测距装置判断出故障线别时间不超过0.07s。

（2）测距装置判别为下行线路故障后，与主所馈线保护装置交互信息，下行馈线断路器211DL阻抗一段保护跳闸，其保护逻辑如图3所示。上行馈线断路器212DL阻抗一段闭锁0.2s。子所馈线断路器与主所同一行别馈线断路器实行联跳功能。

图3 阻抗一段保护逻辑图

（3）主所下行211DL阻抗一段保护动作跳闸，子所271DL、273DL联跳，动作时限都为0.1s。主所上行212DL在接触网故障发生后0.07s时接收到测距装置交互的下行接触网故障信息，上行212DL阻抗一段保护闭锁0.2s，因子所下行断路器联跳跳闸后，故障线别被切除，上行212DL阻抗一段保护在0.07s时启动，0.1s时保护返回，不动作。此时该供电臂转变为上行单线AT供电方式。

（4）下行211DL设置2s后重合闸，子所馈线断路器设置3s后检有压重合闸。

（5）若下行故障为瞬时性故障，则211DL重合闸成功，子所271DL、273DL检测下行线路有电压，启动重合闸，供电臂经3s后恢复正常全并联AT供电方式。

（6）若下行故障为永久性故障，则211DL重合闸后，阻抗一段保护以0.1s延时再次动作跳闸，距故障发生为2.3s。3s时，子所271DL、273DL检测下行线路无电压，重合闸不启动，供电臂实行上行单线路AT供电，211DL、271DL、273DL隔离故障线别。

4 新方案实施效果

通过比对新方案和传统跳闸模式，新方案实现了保护跳闸的选择性，在切除故障线别的同时，不影响非故障线别的正常供电和动车组的正常运行，很大程度上减少了停电范围和影响动车组正常运行的范围，避免了断路器的无效分合闸，延长断路器的使用寿命，有效的提高了牵引供电可靠性。

5 结束语

我国高速铁路牵引供电系统主要以AT供电方式，其结构复杂，设备多，负面影响因素较多，在设置保护配置时，应从牵引负荷特点、牵引供电系统自身特点、故障情况下应急供电方式、现场实际运营情况等诸多因素综合考虑，以达到最好的效果。本文所述技术方案提供了一种新型的高速铁路全并联AT供电方式下的馈线跳闸方案，该方案在确保保护动作的基本要求的情况下，很大程度上缩小了停电范围，大大提高了牵引供电系统的可靠性。