鐵路信號兩路電源的合環(huán)倒路分析

劉汝謙 王 瑩 胡國星

（北京鐵路局北京供電段，北京 100036）

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鐵路信號兩路電源的合環(huán)倒路分析

劉汝謙 王 瑩 胡國星

（北京鐵路局北京供電段，北京 100036）

本文根據(jù)現(xiàn)場的運行經驗，對鐵路信號等重要行車負荷兩路電源的合環(huán)倒路情況進行了介紹和分析，認為自閉、貫通線路的合環(huán)倒路，不僅要投入“檢同期”保護，還應進行合環(huán)選跳，并指出要根本解決電源短時停電對鐵路信號等重要行車負荷供電的影響，應采取通過EPS不間斷電源的方式供電。

鐵路；信號；兩路電源；合環(huán)倒路

目前，雖然低壓電源切換裝置基本可以滿足一般用戶的使用要求，但為了確保重要用戶的重要負荷電源切換時，不會出現(xiàn)短時間斷供電的情況，供電公司和重要用戶電源倒路時，還是采用合環(huán)倒路的方式。

近年來，隨著鐵路建設的高速發(fā)展，對鐵路電力供電可靠性的要求也越來越高。在日常的維護檢修工作中，為了保證不間斷供電，提高供電可靠性，在倒負荷時必須采取不間斷供電的合環(huán)倒路的措施。運行實踐表明，如果合環(huán)時兩路電源的線路參數(shù)發(fā)生變化，產生較大的壓差，合環(huán)瞬間可能出現(xiàn)較大的合環(huán)電流，引起繼電保護動作，從而造成鐵路信號等重要行車負荷電源短時停電。電源短時停電對鐵路行車的影響日益突出，直接干擾了正常的鐵路運輸秩序。下面對鐵路信號電源的合環(huán)倒路情況做簡要的介紹和分析。

1　變壓器低壓側的合環(huán)倒路

為了滿足供電可靠性的要求，確保用電設備不會因電源短時停電而影響正常使用，目前供電公司在變壓器等電力設備檢修需停電時，已經普遍采取合環(huán)倒路的措施，10kV主變的低壓合環(huán)及選跳控制原理如圖1所示。

在1#變壓器退出運行之前，先合上445，然后再分開401。這樣1#、2#變壓器會有短時的合環(huán)運行。為了防止合環(huán)操作時，401、402、445由于合環(huán)電流過大，引起不可控的跳閘，需投入合環(huán)選跳功能。10kV主變的低壓合環(huán)及選跳控制原理如圖1所示。

圖1中，1QF為401斷路器的輔助接點，2QF 為402斷路器的輔助接點，3QF為445斷路器的輔助接點，斷路器在合閘位置時其常開接點閉合；1TQ 為401斷路器的跳閘線圈，2TQ為402斷路器的跳閘線圈，3TQ為445斷路器的跳閘線圈。401、402、445的跳閘回路應各自使用兩路切換后的電源，確保始終有電。如果1#主變檢修需退出運行時，需將QK放置在401位，此時QK的①、②接通，合上445的瞬間3QF常開接點閉合，使ZJ線圈勵磁，其常開接點閉合，1TQ線圈勵磁401跳閘，達到合環(huán)選跳401的目的；檢修工作結束，恢復正常運行方式時，需將QK放置在445位，此時QK的⑤、⑥接通，合上 401的瞬間1QF常開接點閉合，使 ZJ線圈勵磁，其常開接點閉合，3TQ線圈勵磁445跳閘，達到合環(huán)選跳445的目的。

圖1　10kV主變的低壓合環(huán)及選跳控制原理圖

下面以我單位某配電室的兩臺主變?yōu)槔?，具體說明兩臺10kV變壓器低壓側合環(huán)時環(huán)流的情況。

該配電室在開通運行時，10kV及低壓400V母線均進行了核相，相位一致。變壓器二次額定電流約為 2309A；1#主變短路阻抗為 6.04%，2#主變短路阻抗為6.08%。短時合環(huán)前測得401的負荷電流為858A，402的負荷電流為570A；10kV 4#母線、5#母線 PT二次壓差 AA′∶0.85V，BB′∶1.56V，CC′∶1.30V；變壓器二次的聯(lián)絡445兩側母線壓差aa′∶7.3V，bb′∶7.5V，cc′∶9.1V。

該配電室變壓器低壓主進開關（如圖2的401、402），長延時按1.3Ie（3001.7A）整定，時限120s；短延時按6Ie（13854A）整定，時限0.4s。理論上分析短時合環(huán)，合環(huán)電流不會造成斷路器保護動作跳閘。

變壓器低壓側合環(huán)操作的前提條件，必須是401所帶的4#母線與402所帶的5#母線要經過核相。即兩臺變壓器的電源的初相角及兩臺變壓器的容量基本相同。上級220kV或110kV供電系統(tǒng)是在合環(huán)運行狀態(tài)，變壓器的接線組別一致。

如果是如圖2所示的供電系統(tǒng)，由于401上級變電站的變壓器接線組別是Y/Y-12型，而402上級變電站的變壓器接線組別是 Y/△-11型，初相角相差了30°，合環(huán)時就會產生很大的合環(huán)電流，將造成斷路器因繼電保護動作而跳閘。

圖2　上級電源系統(tǒng)不同對合環(huán)的影響

如果兩路電源的相位不同，將會造成相間短路，甚至可能燒毀變壓器。2006年我單位兩個配電室間的自閉線路合環(huán)倒閘時，由于相位接錯，造成一臺10kV調壓器燒毀，所以說合環(huán)操作前應證明合環(huán)開關兩側相位一致（可以存在較小的差值），否則合環(huán)操作存在很大的風險。

企業(yè)的發(fā)展離不開人才。大數(shù)據(jù)時代背景下，人才作為企業(yè)發(fā)展的基石，會計工作人員應當具備整體思維，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，為決策提供必要的參考依據(jù)。從企業(yè)層面來講，企業(yè)要對現(xiàn)有會計人才應該定期進行培訓工作，對會計人才進行理論知識和技術操作水平的更新。

2　鐵路供電線路中的合環(huán)倒路

鐵路行車信號、大站電氣集中、駝峰道岔自動集中等設備生產連續(xù)性要求很高，短時停電時間要求不得超過0.15s，否則信號設備就無法正常工作。因此，為信號等重要行車負荷供電的電源停電前，電源切換時一般均采取合環(huán)倒路的方式。大站樞紐配電室與供電公司簽定的調度協(xié)議，允許兩路10kV電源短時合環(huán)倒路，并投入合環(huán)選跳保護。鐵路總公司及北京鐵路局《電力管理細則》等管理文件中均明確規(guī)定10kV信號電源檢修需停電時應采取“并相倒閘”的方式，或者提前通知電務段利用“天窗點”（夜間沒有行車的時間）倒路。為了滿足合環(huán)條件的需要，我們在為信號供電的自閉、貫通饋出回路，配備了10kV 1∶1的有載調壓器，合環(huán)操作前，根據(jù)相鄰配電室合環(huán)回路的電壓情況調整電壓。

2.1兩路信號電源的低壓合環(huán)倒路

由于為信號樓供電的變壓器容量都比較小，低壓負荷電流一般不大于 10A。為了在信號電源檢修時，不間斷供電，我們在為信號供電的主、付路電源間安裝了的低壓“并相刀閘”。低壓并路刀閘示意圖如圖3所示。

圖3　低壓并路刀閘示意圖

在信號變壓器二次合環(huán)操作之前，要檢查“并路刀閘”兩側同一相的電壓差；現(xiàn)場職工只能通過測量變壓器二次電壓的方法，大致判斷兩路電源角差的大致情況，一般要求變壓器二次同相壓差在40V以下才允許合環(huán)操作，此時兩路電源的角差約為10°，一般不會造成斷路器保護動作跳閘。實際操作時，一般壓差在10V左右。變壓器二次壓差、角差關系如圖4所示。

圖4　低壓并路時的角度關系

2.2兩路信號10kV電源的合環(huán)倒路

一般鐵路沿線約50km左右就要設置一座10kV配電室，相鄰配電室之間有為信號供電的 10kV自閉、貫通線路，安裝的變壓器專為信號等重要行車設備供電，如圖5所示。

自閉、貫通線路的正常運行方式是：為信號供電的主路電源自閉線路，由上行配電室向下行配電室主送，下行配電室“備投”；為信號供電的備用電源貫通線路，由下行配電室向上行配電室主送，上行配電室“備投”。當上行配電室電源失壓時，下行配電室的電源“備投”。當上行配電室電源需要停電退出運行時，下行配電室電源需先合閘投入運行即合環(huán)，上行配電室供電的電源再退出運行。

圖5　自閉、貫通線的運行方式

合環(huán)倒路的前提條件是合環(huán)的兩路電源要進行核相、投入檢同期保護。合環(huán)操作前相鄰配電室需根據(jù)彼此的電壓情況進行調壓。滿足同期合環(huán)條件后才能夠進行合環(huán)操作，如果裝置報“檢同期失敗”則無法進行合環(huán)操作。配電室自閉、貫通線路的供電系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6　配電室自閉、貫通線路供電系統(tǒng)

2000年以前鐵路為信號供電的10kV配電室，大多采用電磁保護，母線側大多采用“三相五柱”PT，線路PT大多采取兩只單相PT的V型接線。兩路電源檢同期采用的同步繼電器，一般整定的壓差為40V，可以計算得出母線線電壓AB與線路PT的線電壓A′B′的角度約為23°，如圖7所示。

圖7　兩路10kV電源壓差、角差關系

目前，為信號供電的 10kV配電室，已大多采用微保裝置，線路PT改為三只PT的星型接線。10kV兩路電源 PT均采取星型接線時壓差與角差的關系如圖7所示。計算表明在20°范圍內，壓差與角差的數(shù)值接近，測量兩路電源的壓差，基本能夠確定兩路電源的角差。

在實際合環(huán)操作中，由于上、下行配電室的上級電源以及自閉、貫通線路的參數(shù)發(fā)生變化，合環(huán)時兩路電源的兩側產生較大的壓差、角差，合環(huán)瞬間出現(xiàn)較大的合環(huán)電流，引起過流保護動作。

以圖 7所示的 10kV自閉線路為例，合上 226合環(huán)時，222、226過流保護動作而速斷保護沒有動作，說明：①微保裝置檢同期滿足設置的條件（壓差15V，角差20°）；②合環(huán)時環(huán)流并不是很大。

實踐表明合環(huán)倒路成功時，兩路電源的壓差一般不大于5V。但如果微保裝置檢同期設置的條件過于苛刻，合環(huán)時必然因“檢同期失敗”而無法操作。一般微保裝置檢同期比較的是兩路電源的線電壓。

現(xiàn)場測得 225-9與 226-9PT二次壓差 AA′∶12V，BB′∶10V，CC′∶5V，合環(huán)的兩路電源之間最大的角差約為12°。自閉供電線路全長約40km，其中電纜線路約11.2km，架空線路約28.5km；為2臺30kVA、1臺20kVA三相變壓器，2臺5kVA、3 臺1.2kVA單相變壓器供電，正常負荷電流6A左右。

由于供電線路約有 10km絕緣導線，導線的截面 35mm2、50mm2、70mm2均有，甚至還有約350mZLQ2油浸紙絕緣鋁包電纜，所以計算線路的電阻、電抗、合環(huán)電流比較困難。在相位正確的前提下，一般合環(huán)電流為20～30A之間。222柜過流保護的定值為30A，0.5s、226柜過流保護的定值為，16A，0.5s，合環(huán)時過流保護很可能動作。

有些現(xiàn)場運行人員在合環(huán)操作之前，采取解除相應的過流保護壓板的方法。在上行配電室的 222停電需退出運行時，合上226之前，解除226柜的過流保護壓板，合上226的瞬間，如果合環(huán)電流造成過流保護動作，上行配電室要退出運行的222跳閘，下行配電室的226不會跳閘。區(qū)間“開口”作業(yè)完畢，合環(huán)恢復正常運行方式時，解除上行配電室222柜的過流保護壓板，合環(huán)的瞬間，如果合環(huán)電流造成過流保護動作，下行配電室要退出運行的226跳閘，上行配電室的222不會跳閘。

采取這種方式，存在著一定的風險：一般自閉、貫通柜只設置一個電流保護出口壓板，過流、速斷保護出口不單獨設置壓板?，F(xiàn)場一般是通過修改微保裝置內部控制字的方法，解除過流保護的“軟壓板”。這種操作方式對于現(xiàn)場值班人員有不妥之處，頻繁操作難免出現(xiàn)疏漏。

3　解決信號電源短時停電的辦法

綜上所述采用兩路電源合環(huán)倒路方式具有一定的風險，操作也存在一定的難度。供電設備出現(xiàn)設備故障是不可避免的。信號設備雖然是雙路電源供電，“用一備一”，但是在電務電源切換過程中，也有可能因為設備故障，使信號等重要行車設備無法正常使用，影響行車安全。

所以提出解決信號電源短時停電的辦法：

（1）在自閉、貫通柜上設置合環(huán)選跳壓板，合環(huán)時接通需退出運行柜的選跳壓板。如222要退出運行，合上226之前接通222柜的合環(huán)選跳壓板。合環(huán)保護的定值，要保證故障時有一定的靈敏度且與上級過流保護定值配合，時間上相差0.2s。如222柜合環(huán)保護可整定為5A/0.3s，226柜合環(huán)保護可整定為4A/0.3s。

（2）信號等重要行車負荷采用 EPS不間斷電源的供電方式。目前廣播、電視，一些鐵路局普速信號設備等重要負荷已經廣泛采用了EPS不間斷電源，我局高鐵信號供電也采用了EPS不間斷電源。

EPS不間斷電源的供電方式，是在重要負荷的供電回路中串接大容量蓄電池組，經過EPS變換成交流電再為負荷供電，供電回路的電源發(fā)生短時停電時，可以通過蓄電池組不間斷的為重要負荷供電。采用EPS不間斷電源的供電方式，雖然一次性投資較大，但可以大大提高鐵路信號等重要行車負荷的供電安全，帶來的經濟效益顯著，建議逐步推廣使用。

[1] 張超, 胡華. 10kV配電網合環(huán)倒路的研究[J]. 華北電力技術, 2013(10): 10-12.

[2] 王木楠. 配電網合環(huán)電流計算及調控策略分析[J].科技創(chuàng)新與應用, 2014(26): 166-167.

[3] 鐵道部辦公廳. 關于發(fā)布《鐵路電力管理規(guī)則》和《鐵路電力安全工作規(guī)程》的通知[Z]. 北京, 1999.10.13.

The Brief Discussion on the Closed Loop in Circuit of the Railway Signal Power Supply

Liu Ruqian Wang Ying Hu Guoxing
(Beijing Power Supply Depot of Beijing Railway Administration, Beijing 100036)

According to the operation experience of the field, this paper introduces and analyzes the closed ring loop of the main circuit in combined power supply of railway signal and other important circuit load. It is not only to be put into "check the same period" protection, but also to make the loop Tripping selection operation in power supply of railway signal. And pointed out that the power supply should be adopted uninterruptible type in the way of the EPS.

railway; signal; power supply; combined ring loop

劉汝謙（1958-），男，北京市人，工程師，主要從事鐵路10kV電力運行管理工作。