石太客運(yùn)專線牽引變電所自投防拒動(dòng)研究

王彥榮，李文起，李延軍，于建平，許惠敏

0 引言

在牽引變電所中，備用進(jìn)線及主變壓器自動(dòng)投切裝置（簡(jiǎn)稱自投）占有重要的地位，當(dāng)運(yùn)行進(jìn)線失壓或主變壓器故障時(shí)，通過自投動(dòng)作，盡快投入備用進(jìn)線或主變壓器，可防止發(fā)生全所停電事故。石家莊供電段管轄的石太客運(yùn)專線自2009年1月試運(yùn)行以來，在傳統(tǒng)試驗(yàn)和正常運(yùn)行中，多次發(fā)生真空斷路器拒合和自投拒動(dòng)問題，嚴(yán)重影響了變電所設(shè)備的正常運(yùn)行，危及供電安全。

1 自投拒動(dòng)現(xiàn)象

1.1 歇子寨變電所自投拒動(dòng)

2009年3月25日，在石太客運(yùn)專線歇子寨變電所進(jìn)行開通前的驗(yàn)收試驗(yàn)，在利用自投由Ⅱ回2#B運(yùn)行模擬Ⅱ回進(jìn)線失壓自動(dòng)投入Ⅰ回1#B運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)其202真空斷路器2次拒合，造成自投拒動(dòng)，備用主變壓器和進(jìn)線不能自動(dòng)投切。

1.2 井陘北變電所213饋線斷路器拒合

2009年4月6日晚，井陘北變電所在全所停電處理主變壓器缺陷時(shí)，停到213饋線時(shí)，213斷路器給出“控制回路斷線”告警，213斷路器拒分。

以上2種情況自2009年1月石太客運(yùn)專線試運(yùn)行以來，截止到2009年10月16日，各所亭共發(fā)生自投拒動(dòng)4次，真空斷路器拒動(dòng)35次，嚴(yán)重影響了牽引變電所正常供電，降低了供電可靠性。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查及原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)故障情況調(diào)查

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察和了解，一般在自投拒動(dòng)時(shí)都伴隨著對(duì)應(yīng)斷路器的“控制回路斷線”告警，同時(shí)，真空斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的“告警”燈亮。而一旦“告警”燈亮，就會(huì)閉鎖真空斷路器分合閘，無法對(duì)其進(jìn)行分合閘操作，即真空斷路器拒動(dòng)。

真空斷路器是變電所的關(guān)鍵設(shè)備，主變壓器二次設(shè)備包括饋線系統(tǒng)的所有短路故障均是通過真空斷路器來切除故障點(diǎn)的，其目的是保證非故障設(shè)備正常運(yùn)行。因此，真空斷路器拒動(dòng)對(duì)變電所正常運(yùn)行危害極大，主要表現(xiàn)在以下方面：一是在變電所運(yùn)行主變壓器故障或運(yùn)行進(jìn)線失壓時(shí)，自投拒動(dòng)，備用進(jìn)線或主變壓器不能自動(dòng)投切，造成變電所全所停電；二是在接觸網(wǎng)線路故障或所內(nèi)其它設(shè)備故障時(shí)拒動(dòng)，不能切除故障點(diǎn)，造成上一級(jí)保護(hù)越級(jí)跳閘，擴(kuò)大故障范圍。

2.2 自投拒動(dòng)原因的初步判定

由故障現(xiàn)象可以看出，自投拒動(dòng)是由真空斷路器拒動(dòng)引起的，而幾乎每次真空斷路器拒動(dòng)都伴隨“控制回路斷線”告警和真空斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的“告警”燈亮。因此，初步判定是真空斷路器機(jī)構(gòu)本身故障造成。于是，首先對(duì)真空斷路器機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是控制回路，測(cè)量各電氣參數(shù)，其值未見異常。為進(jìn)一步查明原因，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了反復(fù)多次的分合閘試驗(yàn)，令人不解的是，在真空斷路器本體進(jìn)行分合閘試驗(yàn)每次都正常，但在控制室測(cè)控盤或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行分合閘試驗(yàn)時(shí)，大概分合閘十幾次就會(huì)出現(xiàn)一次“控制回路斷線”告警。通過對(duì)真空斷路器機(jī)構(gòu)的檢查，基本排除了斷路器機(jī)構(gòu)本體的原因。

2.3 控制回路檢查試驗(yàn)

據(jù)觀察，“控制回路斷線”告警一般發(fā)生在真空斷路器處于合位時(shí)?！翱刂苹芈窋嗑€”告警信號(hào)是由綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部合閘位置繼電器（簡(jiǎn)稱HWJ）和分閘位置繼電器（簡(jiǎn)稱 FWJ）的常閉接點(diǎn)串聯(lián)控制的，即在HWJ和FWJ的常閉接點(diǎn)同時(shí)閉合時(shí)，才會(huì)發(fā)出“控制回路斷線”告警信號(hào)（見圖 1）。

圖1 綜合自動(dòng)保護(hù)原理及接線圖

正常情況下，真空斷路器合閘后，其常閉輔助接點(diǎn) DL1（1，3）斷開，F(xiàn)WJ線圈失電，F(xiàn)WJ的常閉接點(diǎn)閉合，同時(shí)，其常開輔助接點(diǎn)DL2（1，3）閉合，HWJ線圈受電，HWJ的常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開，此時(shí)，不應(yīng)發(fā)出“控制回路斷線”告警。若給出“控制回路斷線”告警，說明其 HWJ失電，HWJ的常閉接點(diǎn)閉合。因此，對(duì)其分閘回路進(jìn)行了檢查和測(cè)量。其分閘回路見圖2。

圖2 分閘回路圖

通過測(cè)量，知綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部HWJ的分壓電阻RH= 5.1 kΩ，HWJ1和HWJ2的線圈電阻R1=R2= 1.9 kΩ，而真空斷路器的分閘電阻R0=4.83 kΩ，分閘線圈電阻僅為0.2 kΩ。石太客運(yùn)專線直流控制回路的電壓為110 V。

通過計(jì)算可知，U1=U2= 15 V，U3= 40 V，U4= 38 V。

查閱綜合自動(dòng)化系統(tǒng)說明書，知其合閘位置繼電器的可靠動(dòng)作電壓為 20 V，大于其現(xiàn)有的線圈兩端電壓（15 V）。所以，HWJ在受電時(shí)有時(shí)不能動(dòng)作，在斷路器合閘時(shí)，發(fā)出“控制回路斷線”告警。

2.4 原因分析

由上述檢查、測(cè)量、計(jì)算可以看出，造成自投拒動(dòng)的原因是分閘回路中真空斷路器的分閘電阻太大（測(cè)量值為4.83 kΩ），在分閘回路中分去電壓超過 30 V，造成分閘回路中的合閘位置監(jiān)視繼電器受電減少，處在動(dòng)作與不動(dòng)作之間，合位繼電器一旦不動(dòng)作，就會(huì)發(fā)出“控制回路斷線”告警，從而造成斷路器拒動(dòng)。

3 解決措施

針對(duì)上述原因，研究制定了3種解決方案：

（1）對(duì)真空斷路器機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，減小斷路器分閘回路中分閘電阻的阻值，使合閘位置繼電器的線圈電壓為20 V以上。因廠家不同意，該方案未實(shí)施。

（2）將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的合閘分壓電阻RH去掉或減小，使之符合分壓要求。因廠家不同意，此方案也未實(shí)施。

（3）改變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的接線方式，將合位監(jiān)視回路與保護(hù)跳閘回路分開，接在斷路器的合位監(jiān)視燈回路上，在不改變?cè)须姎鈪?shù)的情況下，使 HWJ分壓符合要求。具體接線見圖 1，將RH接端子d4的線解開，重新找1個(gè)端子d28，將合位監(jiān)視回路單獨(dú)引出并接在斷路器的合位監(jiān)視燈回路上。圖中虛線為改造后的接線。

4 措施實(shí)施及效果

2009年11月，由石家莊供電段檢修車間對(duì)石太客運(yùn)專線4個(gè)變電所、3個(gè)分區(qū)所和6個(gè)AT所的所有綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置進(jìn)行了改造。改造后效果良好，運(yùn)行4個(gè)多月來，再未發(fā)生過自投拒動(dòng)和“控制回路斷線”告警現(xiàn)象，消除了設(shè)備隱患，確保了石太客運(yùn)專線設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

通過對(duì)石太客運(yùn)專線牽引變電所自投防拒動(dòng)研究，發(fā)現(xiàn)并解決了國(guó)內(nèi)二次設(shè)備即綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與國(guó)外一次設(shè)備即真空斷路器之間電氣參數(shù)不匹配問題。隨著鐵路建設(shè)的大發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備的不斷引進(jìn)，一二次設(shè)備電氣參數(shù)的匹配問題也會(huì)不斷涌現(xiàn)，且直接危及安全供電，這也是廣大電氣化鐵路工程技術(shù)人員在新建線施工驗(yàn)收和運(yùn)行管理中需引起關(guān)注和注意的地方。

[1]林永順.牽引變電所[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

[2]成都交大許繼有限公司.TA21型牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)說明書.

[3]法國(guó)阿海砝公司.真空斷路器使用說明書.