牽引變電所交流系統(tǒng)故障分析及措施

李文起

京九線牽引變電所自用電交流電源系統(tǒng)（簡稱交流電源系統(tǒng)，特指220 V或380 V交流電源），采用 PLC控制電源裝置，功能強(qiáng)大，遠(yuǎn)程通訊方便，適用于無人值班的有遠(yuǎn)動監(jiān)控的牽引變電所。但是，自從2009年12月京九線電氣化鐵路開通運(yùn)行至2010年6月以來，變電所交流電源系統(tǒng)多次發(fā)生跳閘停電故障；交流中間繼電器、熔斷器多次燒毀，造成交流電源系統(tǒng)全部停電故障。直接影響著變電所二次設(shè)備、照明動力系統(tǒng)和分相隔離開關(guān)電動操作機(jī)構(gòu)的正常供電。致使變電所遠(yuǎn)動通訊系統(tǒng)中斷，直流蓄電池過度放電，分相隔離開關(guān)不能電動操作。嚴(yán)重時造成變電所直流電源癱瘓，綜合自動化系統(tǒng)不能正常工作，影響正常行車。因此減少或杜絕交流電源系統(tǒng)停電故障的發(fā)生，是本文所要論述的問題。

1 設(shè)備故障分析及措施

1.1 設(shè)備故障分析

2010年4—6月，京九線變電所交流系統(tǒng)均采用并列分段供電方式，即27.5 kV電源供一段母線，10 kV電源供一段母線（見圖1），空氣開關(guān)QF1、QF2、QF3均處于閉合位置，母聯(lián)接觸器KM3處于斷開位置，電源接觸器KM1、KM2處于閉合位置。

（1）低壓保險燒毀。27.5 kV側(cè)與10 kV側(cè)二次電源（即27.5 kV或10 kV變壓器供給的交流配電盤上的220 V和380 V電源）在切換過程中短路，產(chǎn)生很大的短路電流，由于接觸器接點容量大，故此將低壓熔斷器 FU1、FU2熔斷，使交流接觸器KM1、KM2全部失電斷開，造成全所交流二次電源失電。

（2）空氣開關(guān)QF1、QF2全部跳閘。在27.5 kV母線電壓失壓時，PLC延時6 s才能啟動中間繼電器 1KA動作，由于母線電壓瞬時失壓后，在 3 s的時間內(nèi)電壓恢復(fù)正常，所以1KA沒來得及動作電壓又恢復(fù)正常，故此交流接觸器KM1一直處于閉合供電狀態(tài)。又由于PLC判斷I段母線失壓后，立即啟動中間繼電器 3KA動作，使母聯(lián)接觸器KM3動作閉合，27.5 kV側(cè)與10 kV側(cè)二次電源通過Ⅰ、Ⅱ段母線連在一起，而27.5 kV側(cè)與10 kV側(cè)二次電源壓差為100 V左右，因此迅速形成大的環(huán)流，電流相當(dāng)100 V的短路電流，使變電所交流空氣開關(guān)QF1、QF2全部跳閘斷開，造成全所交流二次電源失電。

1.2 改進(jìn)措施

改進(jìn)措施見圖1和圖2。

（1）取消原交流電源電路，使電源接觸器KM1、KM2分別直接接在交流空氣開關(guān)QF1、QF2的負(fù)載側(cè)。

（2）將交流中間繼電器1KA、2KA、3KA更換成開斷容量為500V·A的直流中間接觸器1KZ、2KZ、3KZ；將母聯(lián)接觸器 KM3更換成同容量的直流接觸器。

（3）更改PLC程序，保證交流系統(tǒng)2路電源互投功能。

圖1 交流系統(tǒng)主接線示意圖

圖2 改造后交流系統(tǒng)控制回路接線示意圖

a.主備方式電源互投設(shè)定：27.5 kV為主投，失壓延時動作時限為6 s；互投中母聯(lián)接觸器不斷開。在10 kV電源供電時，27.5 kV來電后，10 kV接觸器延時6 s斷開，27.5 kV電源接觸器再延時6 s合上。

b.10 kV 和27.5 kV電源均停電后，母聯(lián)接觸器KM3延時25 s斷開。

c.電源在主備方式運(yùn)行時，在后臺機(jī)選擇2路電源并列運(yùn)行時，PLC在檢測另1路進(jìn)線電源有電后，不帶延時的斷開母聯(lián)接觸器 KM3，延時 6 s投入該路電源接觸器。

d.電源在并列方式運(yùn)行時，PLC檢測到其中1路進(jìn)線電源失電后，經(jīng)過6 s延時自動轉(zhuǎn)入主備供電方式，即先斷開失電電源的接觸器KM1或KM2，再延時3 s合上母聯(lián)接觸器KM3。

e.交流系統(tǒng)失壓整定值為240 V，失壓延時為6 s；交流系統(tǒng)過電壓整定值為420 V，延時為5 s。

f.將10 kV、27.5 kV二次電源接觸器的輔助接點分別接到 PLC裝置，通過程序達(dá)到相互閉鎖的作用。

g.在交流檢測電路增加屏蔽措施，減少外界干擾對PLC裝置及檢測電路的影響。

2 實施效果

采取上述措施后，交流系統(tǒng)的可靠性明顯提高，主要體現(xiàn)在以下幾點。

2.1 現(xiàn)場試驗

2.1.1 主備方式電源互投試驗

（1）確認(rèn)2路電源同時有電，手動斷開主供電源開關(guān)后，后備電源自動投入運(yùn)行。手動合上主供電源開關(guān)后，后備電源自動退出運(yùn)行，主供電源自動投入供電。

（2）在6 s內(nèi)手動瞬時斷開、合上供電電源開關(guān)，電源瞬時失壓又恢復(fù)電壓正常，接觸器不動作，保證了該路電源電壓瞬時波動后正常供電。

2.1.2 并列方式互投試驗

（1）手動斷開1路進(jìn)線電源開關(guān)后，裝置自動轉(zhuǎn)入主備供電方式運(yùn)行。

（2）在6 s內(nèi)手動瞬時斷開、合上1路供電電源開關(guān)，試驗發(fā)現(xiàn) 2路電源并列運(yùn)行方式保持不變。

2.1.3 并列方式轉(zhuǎn)主備供電方式試驗

（1）在2路電源為并列方式運(yùn)行時，綜合自動化系統(tǒng)的后臺機(jī)將供電模式改為主備供電方式，交流電源系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)換為主備供電方式運(yùn)行。

（2）在2路電源為主備供電方式時，綜合自動化系統(tǒng)的后臺機(jī)將供電模式改為并列供電方式，交流電源系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)換為并列供電方式運(yùn)行。

上述交流電源互投試驗每項進(jìn)行了3次，每次實驗動作均正常，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)要求。

2.2 運(yùn)行考驗

經(jīng)過4個多月的運(yùn)行考驗，交流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，并經(jīng)受住了如下電源變化的考驗。

（1）10 kV或27.5 kV電源多次停電，交流電源系統(tǒng)自動投切正常。

（2）接觸網(wǎng)外部發(fā)生瞬時故障，變電所饋線保護(hù)跳閘重合成功16次，交流電源系統(tǒng)按設(shè)計要求以主備方式正常供電，未發(fā)生亂動現(xiàn)象。

（3）棗強(qiáng)變電所110 kV電源系統(tǒng)由于外部線路故障瞬時失壓，在小于6 s內(nèi)電壓恢復(fù)正常，交流電源系統(tǒng)以主備方式正常供電，未發(fā)生亂動現(xiàn)象。

（4）深州變電所由于電壓互感器爆炸，致使變電所27.5 kV母線電源波動并失電，交流電源系統(tǒng)自動切換到10 kV側(cè)二次電源供電。

（5）深州變電所配電盤著火，致使綜合自動化系統(tǒng)的后臺主機(jī)停電，沒有影響交流電源系統(tǒng)正常供電。

3 結(jié)束語

總之，經(jīng)過對交流電源系統(tǒng)采取技術(shù)完善措施后，不僅解決了 PLC交流電源自投裝置的工作可靠性問題，中間繼電器經(jīng)常燒毀的問題和交流盤2路電源同時斷電的問題；而且解決了交流繼電器受交流電源影響，工作不可靠問題，交流失壓后與遠(yuǎn)動系統(tǒng)通訊報警的問題。從而使交流供電系統(tǒng)達(dá)到了功能先進(jìn)、可靠性高、工作穩(wěn)定的目的。這是目前有人值守、無人值班變電所對交流電源系統(tǒng)的基本要求，也是無人值守分區(qū)所、開閉所必須的條件。因此希望有關(guān)部門和生產(chǎn)廠家，對交流供電系統(tǒng)應(yīng)該引起足夠的重視。