變電所交流操作電源故障分析及完善措施

田立中

(北京鐵路局 石家莊供電段,河北石家莊050000)

在牽引變電所中,交流操作電源系統(tǒng)作為一二次設(shè)備、通訊機(jī)械室的唯一交流電源,其作用是非常重要的。但是,石家莊供電段京九線牽引變電所交流電源在運(yùn)行中存在一些問題,造成變電所交流電源失電、交流自投回路工作不正常等故障現(xiàn)象,使交流電源系統(tǒng)的供電可靠性降低,直接影響著遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)操作和一二次設(shè)備正常運(yùn)行。

1 交流電源基本情況

京九線牽引變電所交流操作電源是通過PLC可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)變電所主電源(來(lái)自27.5 kV)、備電源(來(lái)自10 kV)電源自動(dòng)投切,是比較先進(jìn)、功能比較齊全的交流電源之一,具備兩路交流電源自動(dòng)投切、電源失壓自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)方控制投切、遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控、人機(jī)對(duì)話操作系統(tǒng)和界面顯示功能。

京九線電氣化開通運(yùn)行以來(lái),變電所交流電源在實(shí)際應(yīng)用中存在如下問題,直接影響交流電源的正常供電。

(1)在清河城變電所運(yùn)行中,交流電源系統(tǒng)的主、備交流電源之間出現(xiàn)頻繁投切現(xiàn)象,使交流電源系統(tǒng)不能正常工作。

(2)變電所交流系統(tǒng)兩路交流電源空氣開關(guān)同時(shí)跳閘,全所交流失電。

(3)運(yùn)行中多次發(fā)現(xiàn),在主電源瞬間失壓時(shí),備用電源不能自動(dòng)投入,交流電源失電。多個(gè)變電所均出現(xiàn)PLC裝置控制回路中間繼電器燒毀。

2 交流電源問題原因分析

2.1 主、備交流電源頻繁投切

(1)PLC裝置在對(duì)電源線電壓判斷失壓或過壓時(shí)啟動(dòng)投切。實(shí)際檢測(cè)主電源線電壓的波動(dòng)范圍很大,一般變化范圍在390～410 V之間,其中線電壓高于400 V的次數(shù)很頻繁,但持續(xù)時(shí)間較短為2～3 s。主、備電源交流失壓整定值為280 V,過電壓整定值為400 V。主、備交流電源失壓或過壓延時(shí)投切時(shí)間為0 s。

(2)主、備交流電源的投切原理是當(dāng)主電源失壓(低于280 V)、過壓(高于400 V)時(shí),PLC交流電源裝置自動(dòng)投入備用電源供電,當(dāng)主電源線電壓有壓(280～400 V),電源裝置又自動(dòng)切回主電源供電。

從以上分析可以看出,交流電源過電壓整定值(400 V)在主電源電壓變化范圍(380～410 V)之間。根據(jù)交流電源的投切原理,在主電源電壓波動(dòng)時(shí),必然會(huì)造成主、備電源頻繁投切的結(jié)果。

2.2 交流電源系統(tǒng)空氣開關(guān)同時(shí)跳閘

經(jīng)過對(duì)交流系統(tǒng)的查找分析,初步確定交流系統(tǒng)空氣開關(guān)同時(shí)跳閘的原因是由于主、備電源投切時(shí),延時(shí)投切時(shí)間設(shè)定為0 s。當(dāng)電壓波動(dòng)引起兩路電源投切時(shí),在投切過程中由于沒有延時(shí),兩路電源之間不能完全隔離開,致使27.5、10 kV主備電源并相;由于兩路電源之間存在電壓差,并相后電壓差產(chǎn)生的電流引起空氣開關(guān)過流跳閘,變電所交流電源失電。

2.3 主、備交流電源不能可靠投切

經(jīng)過分析查找,初步確定不能可靠投切的原因是PLC裝置自用電源存在設(shè)計(jì)問題。

(1)PLC自用電電源的基本原理是為了保證在一路電源失電的情況下,PLC裝置能夠正常工作,設(shè)計(jì)中為PLC裝置提供兩路自用電電源(如圖1)。一路為27.5 kV電源;另一路為10 kV電源。正常情況下由27.5 kV電源供電,27.5 kV電源停電后,由交流10 kV電源供電,從而保證了PLC裝置的正常工作。

圖1 PLC裝置自用電電源示意圖

(2)交流主、備電源投切原理:當(dāng)交流主電源失壓時(shí),PLC裝置的自用電電源同時(shí)失壓無(wú)電,同時(shí)控制回路中間繼電器釋放,接觸器全部斷開,經(jīng)過1～2 s后PLC裝置自用電切換到備用電源,PLC重新啟動(dòng)后再投入備用電源控制回路接觸器,備用電源供電。當(dāng)交流主電源送電后,PLC裝置的自用電由備用切回主電源,同樣PLC裝置的自用電電源先失電,同時(shí)控制回路中間繼電器釋放,接觸器全部斷開,經(jīng)過1～2 s后PLC裝置自用電切回到主電源,再投入主電源接觸器,備用電源供電。

此工作過程造成PLC裝置、中間繼電器、接觸器頻繁受到?jīng)_擊和動(dòng)作。我們?cè)诮涣麟娫聪到y(tǒng)多次進(jìn)行主電源失壓試驗(yàn),也得到了驗(yàn)證。

從上面分析可以看出,造成主、備交流電源不能可靠投切的主要原因,一是PLC裝置自用電電源輸入有設(shè)計(jì)問題;二是中間繼電器選型不合理,接點(diǎn)容量小,回路切換時(shí)接點(diǎn)不能切斷電弧,接點(diǎn)粘連導(dǎo)致中間繼電器燒毀。

3 完善措施

3.1 消除主、備交流電源頻繁投切的措施

根據(jù)電氣化鐵道電壓波動(dòng)范圍大、電壓峰值持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn),確定交流電源整定值如下:

(1)交流電源失壓整定值為280 V,過電壓整定值調(diào)整為420 V,即交流電源電壓降低到280 V或高于420 V時(shí),主、備交流電源進(jìn)行自動(dòng)投切。

(2)自動(dòng)投切延時(shí)時(shí)間整定為6 s。保證在發(fā)生瞬間短路故障或其他原因引起的電壓瞬時(shí)波動(dòng)時(shí),主、備交流電源不進(jìn)行自動(dòng)投切。

通過修改PLC程序完成上述兩項(xiàng)措施后,避免了由于瞬時(shí)短路故障或交流電源電壓瞬時(shí)波動(dòng)而引起的主、備交流電源頻繁投切現(xiàn)象。

3.2 消除交流電源空氣開關(guān)同時(shí)跳閘的措施

針對(duì)造成空氣開關(guān)跳閘的原因是由于27.5 kV、10 kV主、備電源并相引起,即在27.5 kV與10 kV電源切換中,運(yùn)行電源在沒有完全斷開的情況下投入備用電源?；诖朔治?在PLC邏輯投切回路增加確認(rèn)功能,即在確認(rèn)運(yùn)行電源回路切斷后再執(zhí)行投入備用回路的操作。

通過修改PLC程序的邏輯回路完善了此措施,有效解決了兩路電源并相引起的空氣開關(guān)同時(shí)跳閘問題。

3.3 消除主、備交流電源不能可靠投切的措施

解決主、備交流電源不能可靠投切的措施有兩種,一是改變PLC裝置自用電交流輸入電源的引入位置;二是更換PLC硬件裝置。通過分析比較,選用第一種方法比較經(jīng)濟(jì),可以節(jié)約投資。

第一種方法的基本思路是在交流電源失電或兩路電源切換時(shí),PLC裝置的自用電電源不能失電。其實(shí)現(xiàn)方法是將PLC裝置的自用電電源的交流輸入電源由交流電源回路改接到已有的逆變電源的輸出回路上,由于逆變電源的直流輸入為蓄電池電源,所以可以實(shí)現(xiàn)PLC裝置的不間斷供電。

通過此措施,解決了在兩路電源全部停電時(shí),由于PLC裝置沒有自用電源,不能發(fā)出報(bào)警信息的問題,完善了交流電源系統(tǒng)的功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過采取的措施,目前石家莊供電段京九線牽引變電所交流電源運(yùn)行情況良好,交流電源系統(tǒng)可靠性大大提高,為牽引變電所正常供電提供了保證。