牽引變電所備自投系統(tǒng)存在問題及解決方案

王漢兵

0 引言

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 事故案例分析

（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。

2 當(dāng)前自投方式存在問題分析

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。

3 對(duì)當(dāng)前自投系統(tǒng)的改進(jìn)意見

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。

4 結(jié)束語

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。