一起牽引供電設(shè)備高壓侵入低壓回路故障分析及處理

摘 ?要：針對一起鐵路牽引供電箱式分區(qū)所發(fā)生的高壓侵入低壓回路典型故障進(jìn)行分析及處理，歸納總結(jié)此類供電方式中存在的風(fēng)險(xiǎn)和解決方案。

關(guān)鍵詞：箱式分區(qū)所;斷路器;隔離開關(guān);接地電阻;電位

Abstract：this paper analyzes and deals with a typical fault of high voltage intrusion low voltage circuit in a railway traction power supply box partition，and sums up the risks and solutions existing in this kind of power supply mode.

Key words：box partition：circuit breaker：isolating switch：grounding resistance：potential

1.引言：

供電設(shè)備發(fā)生高壓侵入低壓回路故障是牽引供電系統(tǒng)較為嚴(yán)重的事件，往往故障波及的設(shè)備和范圍較大，造成的危害輕則燒損部分設(shè)備重則使所亭部分或全部退出運(yùn)行，干擾正常的牽引供電，處理和恢復(fù)也很困難，更甚至對相關(guān)工作人員人身構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)。本文就工作中遇到的一起牽引供電箱式分區(qū)所高壓侵入低壓回路的真實(shí)故障進(jìn)行分析，找出實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)中存在的問題，并針對問題提出整改方案并按方案完成整改，從整改后的運(yùn)行情況看效果不錯。

2.發(fā)生高壓侵入低壓回路故障及分析

2.1發(fā)生故障概況：

某日夜間，京九線我段管內(nèi)風(fēng)雨交加，雷鳴電閃。YY變電所212跳閘，重合成功，過流出口，阻抗二段出口。電流1968A，電壓19283V，故標(biāo)28.37;本文所述某箱式分區(qū)所無數(shù)據(jù)及報(bào)文。從變電所故標(biāo)數(shù)值顯示在該供電臂未端即靠近某分區(qū)所。

2.2故障檢查情況：

對某故障箱式分區(qū)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：272間隔及2722、2721二次回路燒傷，從燒傷處多已炭化的情況看，明顯是由高壓放電所致。對箱式分區(qū)所內(nèi)高壓設(shè)備檢查未發(fā)現(xiàn)有燒損或放電跡象，進(jìn)而檢查相關(guān)聯(lián)的2721、2722上網(wǎng)隔離開關(guān)。發(fā)現(xiàn)2722隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)包括引入的低壓器件及電纜已燒毀，檢查開關(guān)及機(jī)構(gòu)箱外表與固定支架和接地情況，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了是由隔離開關(guān)高壓引線對開關(guān)底座槽鋼的一個突出角有明顯放電痕跡，初步判斷是一起典型的高壓侵入低壓故障。

2.3故障原因分析

上述高壓引線對開關(guān)底座槽鋼放電處僅憑肉眼觀察，絕緣距離大于300mm符合規(guī)定，多年的運(yùn)行也沒出現(xiàn)問題。但在故障發(fā)生時(shí)段，環(huán)境的惡劣使空氣絕緣弱化，開關(guān)與接觸網(wǎng)的高壓引線較長，大風(fēng)下的擺動可縮短引線與開關(guān)底座伸出的槽鋼間距，加之雷擊引起的過電壓使該處絕緣擊穿造成高壓對開關(guān)構(gòu)架放電是較為合理的解釋，同時(shí)該開關(guān)當(dāng)時(shí)處于分位，故接在開關(guān)引向分區(qū)所側(cè)的避雷器未起作用。放電時(shí)的高電壓分兩路入地，一路通過開關(guān)金具接地線入地;一路通過開關(guān)垂直傳動桿致機(jī)構(gòu)箱箱體入地，此兩路接入的是同一接地體。

之后對相關(guān)設(shè)備做進(jìn)一步檢查測試，箱式分區(qū)所高壓設(shè)備試驗(yàn)均正常，測試箱式分區(qū)所地網(wǎng)接地電阻值為2.1Ω，在2722電動隔離開關(guān)處，實(shí)測接地電阻值為9.2Ω，符合不大于10Ω的規(guī)定。

由上述檢查和測試結(jié)果可知，在2722電動隔離開關(guān)高壓放電瞬間，因接地電阻的存在，開關(guān)本體及其機(jī)構(gòu)箱體對地必將產(chǎn)生電位。高壓入地分為二路，一路是通過隔離開關(guān)本體及其機(jī)構(gòu)箱箱體安裝金具直接入地，另一路是通過裝設(shè)在機(jī)構(gòu)箱體內(nèi)的低壓電纜接入箱式分區(qū)所272間隔二次回路。也就是隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱體通過機(jī)構(gòu)箱內(nèi)低壓設(shè)備絕緣→低壓電纜→箱式分區(qū)所272間隔二次回路絕緣→箱式分區(qū)所地網(wǎng)，即通過隔離開關(guān)與箱式分區(qū)所二次（低壓）回路的絕緣接分區(qū)所有地網(wǎng)。同時(shí)低壓電纜的鎧層雖僅在箱式分區(qū)所側(cè)接地，在隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)懸空，但鎧層的較低絕緣進(jìn)一步降低了機(jī)構(gòu)箱體對分區(qū)所地網(wǎng)的整體絕緣。

由上簡略等效電路圖可知，2722隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱體對地相關(guān)聯(lián)的兩個支路，可以看作是兩個不同阻值的電路構(gòu)成的由隔離開關(guān)箱體對地的并聯(lián)電路。因2722隔離開關(guān)與箱式分區(qū)所的接地電阻值不同，在此可將2722隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱體對地電阻值視為R1’+R1，則R1’+R1=9.2Ω，設(shè)R1=R2=2.1Ω，則R1’=7.1Ω。如此，在簡略等效電路圖中的R1、R2與R1’、R3、R4、R5間便可認(rèn)為有了一條接地等位線。在發(fā)生隔離開關(guān)高壓引線對開關(guān)底座槽鋼的放電瞬間，若簡化忽略接觸網(wǎng)的漏電流及機(jī)車取流、線路電抗等因素，則故障電流在R1’上的壓降約為1400V。如此高的電壓也同時(shí)也加在了R3、R4、R5構(gòu)成的隔離開關(guān)與箱式分區(qū)所二次（低壓）回路上。

當(dāng)正常情況下，機(jī)構(gòu)箱體僅承受線路附近的感應(yīng)電位，其產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，通過接地體的作用下，機(jī)構(gòu)箱體與地的電位可以不計(jì)。而由R2、R3、R4、R5構(gòu)成的二次（低壓）電氣回路因相對足夠大的絕緣電阻，使之能夠在安全范圍內(nèi)正常工作。當(dāng)在隔離開關(guān)高壓引線對開關(guān)底座槽鋼的放電瞬間，隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱體對地便產(chǎn)生了一個很高的電位，此高電位將通過R3、R4、R5支路擊穿由隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱到272間隔二次回路構(gòu)成的絕緣并形成高壓放電，即高壓電侵入二次（低壓）回路，并燒損了部分低壓設(shè)備，也損傷了交直流供電系統(tǒng)，導(dǎo)致該箱式分區(qū)所在一段時(shí)間內(nèi)不得不退出了運(yùn)行。

3.故障的處置和解決方案：

依據(jù)對故障箱式分區(qū)所的高壓侵入低壓故障的現(xiàn)場調(diào)查和分析，提出了對故障所的整改處置和解決方案，主要有以下幾個方面：

①對2722隔離開關(guān)底座安裝槽鋼伸出的多余部分切割去除（此處為放電點(diǎn)）進(jìn)一步加大空氣絕緣距離。

②原2721、2722隔離開關(guān)裝設(shè)位置距離箱式分區(qū)所較遠(yuǎn)（現(xiàn)場約1300m），將其改為手動開關(guān)，并使開關(guān)處在長合位，如此裝設(shè)在開關(guān)處的避雷器在線路遭遇雷擊過電壓時(shí)可發(fā)揮應(yīng)有作用。

③在箱式分區(qū)所近處的高壓饋線引出桿塔裝設(shè)電動隔離開關(guān)，替換原上網(wǎng)隔離開關(guān)的作用，構(gòu)架和金具與分區(qū)所接地網(wǎng)相連接。2711、2712隔離開關(guān)本就裝設(shè)距分區(qū)所很近，將接地與分區(qū)所接地網(wǎng)相連接。

④清理箱式分區(qū)所放電炭化痕跡，對燒損器件進(jìn)行更換。

經(jīng)上級的肯定和批準(zhǔn)后，按提出的方案對故障箱式分區(qū)所進(jìn)行整改和恢復(fù)。在整改和恢復(fù)后，不僅滿足正常運(yùn)行條件，消除了上述不同接地電阻帶來的高壓放電時(shí)的電位差隱患問題。同時(shí)還收獲了另一個問題的改善：原2721、2722隔離開關(guān)裝設(shè)位置距離箱式分區(qū)所較遠(yuǎn)，且地形較復(fù)雜，檢修作業(yè)和設(shè)備巡視對開關(guān)的狀態(tài)確認(rèn)和檢查，都是比較困難的事，而整改后再無此問題。（此次整改的良好效果得到了包括局供電主管部門的充分肯定，也促使局供電主管部門決心對管內(nèi)京九線其它分區(qū)所進(jìn)行同樣整改。）

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作者簡介：楊躍輝（1967.4），男，漢族，河南省信陽市平橋區(qū)羊山五街原機(jī)務(wù)段院內(nèi)檢修車間，武漢局集團(tuán)公司信陽供電段工程師。