牽引變電所低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的處置

李 智 上海鐵路局調(diào)度所

牽引變電所低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的處置

李 智 上海鐵路局調(diào)度所

通過(guò)對(duì)牽引變電所主變壓器低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)典型案例的分析，梳理故障的主要原因及特征，并對(duì)故障的不同起因優(yōu)化故障處置的流程，為正確快速處置故障提供參考。

牽引變電所；過(guò)電流；保護(hù)；處置

過(guò)電流保護(hù)是牽引變電所主變壓器（下文簡(jiǎn)稱(chēng)主變）的常用保護(hù)，分為高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)和低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)，主變過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作后將導(dǎo)致主變或部分低壓側(cè)母線(xiàn)退出運(yùn)行，影響接觸網(wǎng)正常供電。鐵路總公司運(yùn)輸局《供電故障應(yīng)急處置基本流程》（運(yùn)供供電【2016】208號(hào)）對(duì)該類(lèi)型保護(hù)動(dòng)作的處置做出了指導(dǎo)性的處理意見(jiàn)，實(shí)際運(yùn)用中由于過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作原因各有不同，為及時(shí)判明故障性質(zhì)，迅速隔離故障恢復(fù)供電，需針對(duì)故障的不同起因進(jìn)行分析并制定全面的處置預(yù)案。

1 主變過(guò)電流保護(hù)的原理

低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)的作用主要是作為主變低壓側(cè)母線(xiàn)設(shè)備（包括母線(xiàn)、母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)及與母線(xiàn)之間僅通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)相連電壓互感器、所用變壓器等）的主保護(hù)，同時(shí)也是牽引所各饋線(xiàn)的后備保護(hù)。其電流采樣取自主變的低壓側(cè)電流互感器，動(dòng)作時(shí)限因需與饋線(xiàn)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限配合，一般取0.7 s。高壓側(cè)的過(guò)電流保護(hù)主要作主變主保護(hù)（重瓦斯、差動(dòng)保護(hù)）的近后備保護(hù)，同時(shí)還作為低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，其電流采樣取自主變的高壓側(cè)電流互感器，動(dòng)作時(shí)限一般取1.0 s。過(guò)電流保護(hù)的電流定值按主變的額定電流整定。實(shí)踐中，為提高保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，高、低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)均采用低電壓?jiǎn)?dòng)的方式，電壓采樣均取自主變的低壓側(cè)母線(xiàn)電壓互感器，其定值按母線(xiàn)最低工作電壓整定。低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的電流、電壓整定公式如下：

其中：IACT-過(guò)電流保護(hù)定值；IN-額定電流；KK-可靠系數(shù)；KF-返回系數(shù)其中：UACT-低電壓?jiǎn)?dòng)定值；Umin-母線(xiàn)最低工作電壓保護(hù)方案邏輯框如圖1所示。

圖1 主變低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)邏輯圖

2 主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作的原因分析

2.1 主變低壓側(cè)母線(xiàn)設(shè)備故障

典型案例一：X年X月X日02：02：05，京滬線(xiàn)XX變電所1#主變低壓側(cè)201bDL低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)跳閘。IA：296 A，IB：868 A，IC：1 164 A，Ia：60 A，Ib：4380 A，Ua：27.47 kV，Ub：0.65 kV。

02：04 對(duì)201bDL進(jìn)行試送電失敗。

02：05 值班員匯報(bào)聽(tīng)到高壓室內(nèi)有巨大聲響。

02：23 值班員匯報(bào)饋線(xiàn)218DL手車(chē)本體電流互感器炸裂，造成分間網(wǎng)柵緊固鋼條崩開(kāi)搭掛在b相母線(xiàn)上。

02：28 將搭接在母線(xiàn)上的鋼條取下并將218DL手車(chē)?yán)猎囼?yàn)位后恢復(fù)供電。

典型案例二：X年X月X日23：07，滬蓉線(xiàn)XX變電所3#主變低壓側(cè)201bDL低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)跳閘。IA：12 A，IB：812 A，IC：800 A，Ia：96 A、Ib：6 768 A；Ua：26.74 kV、Ub：1.31 kV。

23：12 值班員確認(rèn)所內(nèi)未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常后，試送201bDL成功，恢復(fù)正常供電。

值班員再次巡視發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)管型母線(xiàn)下方有死蛇，該起故障的原因是蛇由母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)支柱爬往母線(xiàn)的過(guò)程中短路放電。

低壓側(cè)母線(xiàn)設(shè)備故障是引起主變低壓側(cè)低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的常見(jiàn)原因。通過(guò)上述典型故障的保護(hù)數(shù)據(jù)可以看出，由于是近端發(fā)生短路，故障相的電壓很低，電流很大。

母線(xiàn)故障引起的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作處置時(shí)不得盲目強(qiáng)送，以免擴(kuò)大事故，應(yīng)首先通知值班員巡視母線(xiàn)及與母線(xiàn)連接的相關(guān)設(shè)備。故障時(shí)由于伴有有強(qiáng)烈的聲光電現(xiàn)象，值班員通過(guò)巡視即能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

樞紐地區(qū)牽引變電所饋出回路多，母線(xiàn)故障時(shí)因組織越區(qū)及恢復(fù)倒閘時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)運(yùn)輸能力影響也大，故對(duì)于故障點(diǎn)已查明的，處置時(shí)需避免采取越區(qū)供電的方案，應(yīng)立即組織搶修恢復(fù)母線(xiàn)絕緣。對(duì)母線(xiàn)絕緣難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)的區(qū)間變電所可組織越區(qū)供電。

2.2 饋線(xiàn)故障造成越級(jí)跳閘

典型故障一：X年X月X日03：00：02京滬高鐵XX變電所211DL距離一段動(dòng)作跳閘，重合閘失敗。

03：00 ：10腰鋪?zhàn)冸娝?#主變低壓側(cè)α相202DL低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。IA：522 A，IB：2.6 A，IC：519.4 A，Ua：32.64 kV（折算二次值為59.3 V），Ub：54.41 kV，Ia：4 396.1A，Ib：16.2 A。

03：07 試送202DL成功，試送211、212饋線(xiàn)斷路器正常。

05：49 網(wǎng)工區(qū)巡視發(fā)現(xiàn)上行線(xiàn)1458#支柱AF線(xiàn)絕緣子斷裂，AF線(xiàn)懸在空中。

該起故障的直接原因是212饋線(xiàn)F線(xiàn)絕緣子遭雷擊短路（距離牽引所約28 km），212DL保護(hù)裝置因電流采樣回路N421/X4：9端子接觸不良造成保護(hù)拒動(dòng)，211DL動(dòng)作后無(wú)法切除故障造成主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)后備動(dòng)作。

典型故障二：X年X月X日06：09：36京滬高鐵XX牽引所3#主變低壓側(cè)203DL過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，Ua：34.3 kV（折算二次值為62.4 V），IA：710 A、IB：710 A、Ia：5975 A、Ib：25 A。

6：13 試送203DL正常，試送各饋線(xiàn)正常。

查詢(xún)故障報(bào)文發(fā)現(xiàn)203DL跳閘前后227饋線(xiàn)保護(hù)裝置有過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)（未出口）及返回記錄。該故障的直接原因是227饋線(xiàn)281#支柱絕緣子遭雷擊，故障時(shí)由于203DL所供母線(xiàn)饋出的11條供電臂有十?dāng)?shù)列動(dòng)車(chē)組在運(yùn)行，雷擊及動(dòng)車(chē)組負(fù)荷共同作用造成故障電流的二次諧波含量達(dá)到24.9%，閉鎖了227保護(hù)裝置的過(guò)流保護(hù)出口，主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)后備動(dòng)作。

典型故障三：X年X月X日19：32：39京滬高鐵XX牽引所2#主變低壓側(cè)202DL過(guò)流保護(hù)跳閘，Ua：26.99 kV（折算二次值為49.09V），Ia：5150A。故障測(cè)距裝置啟動(dòng),故標(biāo)22.54km，牽引變電所、AT所、分區(qū)所吸上電流分別為156 A、2 033 A、1 998 A。

查詢(xún)故障報(bào)文發(fā)現(xiàn)211、212饋線(xiàn)保護(hù)裝置在202DL動(dòng)作前后有阻抗一段、高阻接地保護(hù)的啟動(dòng)和返回事件記錄。該故障的直接原因是供電臂末端的接地短路，由于饋線(xiàn)保護(hù)裝置PT斷線(xiàn)的閉鎖電壓設(shè)置60 V（一般設(shè)置為30 V），不合理，造成故障時(shí)阻抗一段保護(hù)啟動(dòng)后被PT斷線(xiàn)閉鎖。高阻一段保護(hù)因延時(shí)2 s，大于主變低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作后，高阻一段保護(hù)返回。

饋線(xiàn)故障造成越級(jí)跳閘引起的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作與母線(xiàn)設(shè)備故障相比，最大的差異在于母線(xiàn)殘壓較大。其次，故障饋線(xiàn)保護(hù)裝置通常有動(dòng)作記錄或保護(hù)啟動(dòng)與返回事件記錄。對(duì)于此類(lèi)故障可以在安排值班員巡視相關(guān)母線(xiàn)設(shè)備后，斷開(kāi)各饋出線(xiàn)后組織主變低壓側(cè)斷路器試送，成功后再依次閉合各饋出線(xiàn)，找出故障線(xiàn)路。

2.3 保護(hù)裝置采樣電壓異常

典型故障一：X年X月X日23：45京滬線(xiàn)XX變電所因處理1#主變低壓側(cè)母線(xiàn)斷股缺陷由1#系統(tǒng)切換至2#系統(tǒng)運(yùn)行，主變倒切后所內(nèi)報(bào)“2#變?chǔ)孪郟T斷線(xiàn)”，檢修人員未及時(shí)處理。次日6：40、7：05、7：18、10：16該牽引所2#主變低壓側(cè)202bDL多次過(guò)電流動(dòng)作，Ib電流在13 00 A左右，值班員觀(guān)察所內(nèi)低壓側(cè)母線(xiàn)電壓正常。10：17撤除2#變?chǔ)孪噙^(guò)流及高壓側(cè)三相過(guò)流保護(hù)后送電正常。11：48更換2#變后備保護(hù)裝置電壓采樣模塊后β相PT斷線(xiàn)故障消失，投入過(guò)流保護(hù)運(yùn)行正常。

典型故障二：X年X月X日10：28滬昆高鐵XX牽引所主變低壓側(cè)204DL過(guò)流保護(hù)跳閘，Ub：1.41 kV、Ib：2 327 A。10：30試送204DL成功。檢查SCADA界面12YHT，11YHF電壓顯示均僅有1.8 kV，所內(nèi)檢查設(shè)備發(fā)現(xiàn)母線(xiàn)壓互二次側(cè)空氣開(kāi)關(guān)不明原因分閘。

電壓回路故障導(dǎo)致的保護(hù)裝置電壓采樣異常，如高壓側(cè)熔斷器熔斷、二次側(cè)電壓回路接觸不良等會(huì)出現(xiàn)“PT斷線(xiàn)”報(bào)警、母線(xiàn)電壓遙測(cè)值顯示異常等。

（200～250）km/h區(qū)段主變低壓側(cè)母線(xiàn)戶(hù)外布置的高鐵牽引所（如寧安、金溫高鐵，滬蓉線(xiàn)等）和普速區(qū)段牽引所，主變低壓側(cè)母線(xiàn)通常采用隔離開(kāi)關(guān)分段的單母線(xiàn)接線(xiàn)形式，每段母線(xiàn)上皆設(shè)有電壓互感器，電壓互感器二次回路通過(guò)自動(dòng)切換回路或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接入電壓小母線(xiàn)。300 km/h及以上區(qū)段高鐵牽引所主變低壓側(cè)采用GIS柜成套設(shè)備，單母線(xiàn)不分段，電壓互感器無(wú)備用。當(dāng)出現(xiàn)“PT斷線(xiàn)”或電壓遙測(cè)顯示異常時(shí)，普速和（200～250）km/h區(qū)段高鐵牽引所應(yīng)切換主用電壓互感器，300 km/h及以上區(qū)段高鐵牽引所則應(yīng)立即安排人員處理。若已經(jīng)出現(xiàn)主變低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的情況應(yīng)果斷撤除相關(guān)保護(hù)。

主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)故障特征對(duì)比如表1所示。

表1 主變低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)典型故障原因及特征

3 主變高壓側(cè)過(guò)流保護(hù)的原因分析

主變高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作原因主要分為：①保護(hù)裝置電壓采樣異常。②主變內(nèi)部或高壓側(cè)母線(xiàn)故障，瓦斯和差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。③低壓側(cè)母線(xiàn)故障，低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)拒動(dòng)。

目前牽引變電所的主變采用固定備用方式，且主變高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)不能簡(jiǎn)單地通過(guò)外觀(guān)巡視判明主變內(nèi)部是否故障，所以高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作后原則上應(yīng)采用投入備用主變的處置時(shí)方式。投入備用主變前，應(yīng)巡視低壓側(cè)母線(xiàn)及確認(rèn)電壓互感器電壓采樣正常。

4 主變低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)故障處置流程（見(jiàn)圖2）

圖2 主變低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)處置流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)主變過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的典型故障進(jìn)行了梳理分析，針對(duì)不同起因制定相應(yīng)的處置預(yù)案，為鐵路供電運(yùn)行管理人員準(zhǔn)確判明性質(zhì)、快速處理故障、及時(shí)恢復(fù)供電提供有益的參考。

[1]孫金華,陳敬鋒．牽引變電所饋線(xiàn)保護(hù)裝置拒動(dòng)事件分析．電氣化鐵道, 2012,（5）.

責(zé)任編輯：王 華

來(lái)稿日期：2017-02-21