王漢兵
電氣化鐵路牽引變電所承擔(dān)著為電力機(jī)車不間斷供電的重要任務(wù),在鐵路安全運(yùn)輸生產(chǎn)中處于非常重要的位置。因此,牽引變電所均要求具有雙電源、雙主變壓器(下文簡稱主變)固定備用,且具備自動(dòng)投切功能。由于備自投系統(tǒng)涉及到大量的開關(guān)及其他機(jī)電設(shè)備,因此故障率較高。
幾年來,鄭州供電段發(fā)生了多次因供電電源失壓和主變故障而引起備自投系統(tǒng)動(dòng)作失敗的事故。為了能夠弄清備自投系統(tǒng)存在的問題,并采取措施避免因自投失敗而造成的停電事故,本文對(duì)3 次自投失敗案例進(jìn)行分析,并提出了目前牽引變電所備自投系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施。
(1)案例1。2010 年8 月13 日,鄭州鐵路局鄭州供電段獲嘉牽引變電所1#主變溫度重瓦斯動(dòng)作跳閘,備自投系統(tǒng)啟動(dòng),執(zhí)行失敗,造成全所停電20 min,中斷國內(nèi)億噸煤運(yùn)通道新月線上下行列車運(yùn)行。事后分析,造成重瓦斯保護(hù)裝置動(dòng)作的原因是暴雨天氣下1#主變溫度計(jì)密封不良,雨水進(jìn)入溫度計(jì)內(nèi)部,跳閘接點(diǎn)短路,而溫度計(jì)跳閘接點(diǎn)是與重瓦斯跳閘接點(diǎn)并聯(lián)在一起的,因此綜合自動(dòng)化(下文簡稱綜自)設(shè)備上顯示的是瓦斯動(dòng)作。該所接線圖見圖1。
圖1 獲嘉牽引變電所主接線圖
正常的自投程序應(yīng)該是:1#電源經(jīng)隔離開關(guān)1011 供1#主變運(yùn)行,當(dāng)1#主變故障時(shí),斷路器101、201a、201b 跳閘后,自投系統(tǒng)對(duì)隔離開關(guān)1001 進(jìn)行合閘,斷路器102、202a、202b 合閘后恢復(fù)供電。造成備用主變自投失敗的原因是:1#主變跳閘后,自投系統(tǒng)對(duì)跨條隔離開關(guān)1001 進(jìn)行合閘操作失敗,究其原因是當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)方轉(zhuǎn)換開關(guān)接點(diǎn)接觸不良,電動(dòng)合閘的控制回路不通。
(2)案例2。2010 年2 月28 日,鄭州供電段淇縣變電所2#電源供2#主變運(yùn)行,因供電電源失壓,引起電源備自投動(dòng)作,2#系統(tǒng)所有開關(guān)分閘后,1#電源進(jìn)線隔離開關(guān)、1#主變中性點(diǎn)隔離開關(guān)合閘后,自投動(dòng)作停止。該所主接線圖如圖2 所示。
圖2 淇縣變電所主接線圖
正常的自投程序是:2#電源經(jīng)隔離開關(guān)1021、斷路器102 給2#主變供電,經(jīng)斷路器203、204、隔離開關(guān)2092 向牽引變電所母線供電,當(dāng)2#電源失壓時(shí),先由主變失壓保護(hù)裝置對(duì)斷路器102、203、204 進(jìn)行跳閘,然后自投系統(tǒng)啟動(dòng),將隔離開關(guān)2092、1021 分閘,接著自投系統(tǒng)將隔離開關(guān)1011、1091、2091 合閘,最后將斷路器101、201、203合閘恢復(fù)供電。當(dāng)時(shí)自投系統(tǒng)對(duì)1#主變中性點(diǎn)隔離開關(guān)1091 合閘后,給出隔離開關(guān)2091 合閘失敗提示后,程序終止。自投因隔離開關(guān)2091 未能合閘而失敗。事后檢查故障原因是隔離開關(guān)2091 電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)緩沖橡膠墊老化脫落,導(dǎo)致開關(guān)分閘角度偏大,行程開關(guān)沒有被壓緊,合閘控制回路不通。
(3)案例3。2009 年9 月30 日,鄭州供電段湯陰變電所2#主變因雷擊造成內(nèi)部線圈故障,重瓦斯動(dòng)作,斷路器跳閘后,自投系統(tǒng)啟動(dòng),提示分隔離開關(guān)2092 失敗,自投失敗,但實(shí)際上隔離開關(guān)2092 已經(jīng)分開。湯陰變電所主接線與淇縣相同,自投程序也相同。此次自投失敗后,首先懷疑隔離開關(guān)2092 控制回路有問題,但是經(jīng)電動(dòng)操作試驗(yàn),控制回路正常。由于無法找到自投失敗原因。后又多次進(jìn)行自投試驗(yàn),有時(shí)成功,有時(shí)失敗。經(jīng)總結(jié)發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)該還是在隔離開關(guān)2092 上。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與分析查找,最后發(fā)現(xiàn)在備自投裝置內(nèi)隔離開關(guān)2092 的動(dòng)作時(shí)間被錯(cuò)誤設(shè)置為0.5 s,而隔離開關(guān)的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為5~6 s,自投程序發(fā)出分閘命令后,過快的判斷為執(zhí)行失敗,但此時(shí)隔離開關(guān)尚未分合到位,故而造成錯(cuò)誤判斷,終止了自投程序。
結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),以及近幾年來牽引變電所備自投系統(tǒng)的動(dòng)作實(shí)例,分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)前牽引變電所的自投方式存在下列問題:
(1)自投回路中隔離開關(guān)過多。根據(jù)不同的主接線,自投過程中最少要有2 臺(tái)以上的隔離開關(guān)參與動(dòng)作。隔離開關(guān)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的可靠性普遍不如斷路器,且故障率又比斷路器要高,因此多數(shù)自投失敗的原因是由隔離開關(guān)無法正常電動(dòng)操作造成的。
(2)自投程序不夠智能,不能區(qū)分必要條件與非必要條件。例如案例3 中的隔離開關(guān)2092,即便該隔離開關(guān)分閘失敗,但若自投程序繼續(xù)執(zhí)行,并不會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題,反而可以避免自投失敗所引起的供電中斷,自投程序不能判斷該條件為非必要條件,而是簡單地將所有參與自投的開關(guān)中只要有一個(gè)執(zhí)行失敗即終止自投程序的執(zhí)行。
(3)自投系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間過長,對(duì)列車運(yùn)行有一定的影響。在自投程序中,至少有3 臺(tái)斷路器和2 臺(tái)以上隔離開關(guān)需要分合閘操作,且必須按程序順序進(jìn)行,加上系統(tǒng)失壓后還有3~5 s 的時(shí)間來躲過系統(tǒng)重合閘而進(jìn)行的延時(shí)啟動(dòng),總的自投時(shí)間需要30~70 s,具體時(shí)間因變電所主接線與當(dāng)時(shí)的運(yùn)行方式和自投方式不同而異,但最少也要30 s 以上。2010 年8 月13 日,鄭州供電段薛店?duì)恳冸娝螂娫词憾l(fā)生自投,雖然自投成功,但因自投動(dòng)作時(shí)間長達(dá)70 s,影響了動(dòng)車組的正常運(yùn)行。
以自投系統(tǒng)中開關(guān)最多的主接線圖(圖2)為例進(jìn)行說明,其他形式的與此類似。
(1)改變備用模式,由冷備用改為熱備用。具體到圖2 就是將參與自投的備用設(shè)備隔離開關(guān)平時(shí)處于合閘位置,以降低自投時(shí)操作隔離開關(guān)帶來的自投失敗風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)縮短自投系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間。以1#電源供1#主變運(yùn)行為例,具體到圖2,就是讓隔離開關(guān)1021、1092、2092 處于合位。且隔離開關(guān)1091、1092、2091、2092 不參與自投動(dòng)作。
(2)改變自投方式,將自投方式由原來的電源失壓倒直列,主變故障倒交叉,或者電源失壓與主變故障均倒交叉,統(tǒng)一為主變故障與電源故障均倒直列。所謂直列是指1#電源供1#主變運(yùn)行或2#電源供2#主變運(yùn)行。所謂交叉是指1#電源供2#主變運(yùn)行或者2#電源供1#主變運(yùn)行。平時(shí)運(yùn)行時(shí)以直列運(yùn)行為主,盡量避免交叉運(yùn)行。仍以1#電源供1#主變運(yùn)行為例,具體到圖2,就是當(dāng)1#電源失壓,或者是1#主變故障時(shí),自投程序均為斷路器101、201、202 跳閘,斷路器102、203、204 合閘,自投動(dòng)作簡單迅速,可保證自投動(dòng)作的高成功率。
(3)增加自投程序的智能性,當(dāng)牽引變電所因運(yùn)行方式要求而不得不處于交叉運(yùn)行模式時(shí),上述自投方式存在一定的不足,需要靠增加自投程序的智能性來彌補(bǔ)。以1#電源供2#主變交叉運(yùn)行為例,結(jié)合圖2 說明。此時(shí)2#電源進(jìn)線隔離開關(guān)1021必須處于分閘位置。當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生1#電源失壓后,斷路器102、203、204 失壓跳閘或自投分閘后,自投程序應(yīng)當(dāng)同時(shí)啟動(dòng)隔離開關(guān)1002 和1011 的分閘操作,并有智能的判斷,只要有一個(gè)開關(guān)分閘成功,即可按順序執(zhí)行隔離開關(guān)1021 和斷路器102、203、204 開關(guān)合閘。當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生2#主變故障時(shí),自投程序應(yīng)當(dāng)在判斷斷路器102、203、204 分閘成功后,即執(zhí)行斷路器101、201、202 合閘,而不對(duì)隔離開關(guān)1002 進(jìn)行分閘的執(zhí)行與判斷。當(dāng)自投成功后,由值班人員將隔離開關(guān)1002 或1021 開關(guān)倒閘至所需運(yùn)行方式。
(4)對(duì)閉鎖條件的修改。為滿足上述自投運(yùn)行方式,應(yīng)當(dāng)修改隔離開關(guān)1011、1021、1002 的操作閉鎖條件。隔離開關(guān)1011 的操作條件為斷路器101 在分閘位同時(shí)隔離開關(guān)1002 或1021 有一個(gè)在分閘位。隔離開關(guān)1021 的操作條件為斷路器102在分閘位同時(shí)隔離開關(guān)1011 或1001 有一個(gè)在分閘位。隔離開關(guān)1002 的操作條件為隔離開關(guān)1011、斷路器101 同時(shí)在分閘位或隔離開關(guān)1021、斷路器102 同時(shí)在分閘位。
經(jīng)過上述改進(jìn)后,將牽引變電所的主要運(yùn)行方式設(shè)置為直列,可保證自投系統(tǒng)成功率極高,同時(shí)具有極短的自投時(shí)間,基本不影響列車運(yùn)行。即便不得以處于交叉運(yùn)行方式,也極大地提高了自投系統(tǒng)動(dòng)作的成功率,縮短了自投動(dòng)作時(shí)間。
本文結(jié)合實(shí)例,對(duì)當(dāng)前牽引變電所備自投系統(tǒng)存在問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并給出了相應(yīng)的解決方案。文中給出的解決方案具有不增加設(shè)備,不增加投資,只需修改一些程序,實(shí)施起來簡單方便,效果顯著的特點(diǎn)。鄭州供電段已經(jīng)按文中所述方案對(duì)部分牽引變電所進(jìn)行了改造,經(jīng)模式試驗(yàn),效果顯著,該段其余牽引變電所也正在逐步進(jìn)行改造。