由京滬自閉反送電引起的關于失壓保護的思考

袁園

摘要：鐵路電力系統(tǒng)中，自閉線路一般用于供給行車信號等一級負荷用電，必須確保安全可靠。在鎮(zhèn)江變配電所一起進線電源失壓故障中，鎮(zhèn)江變配電所自閉線斷路器失壓動作尚未出口跳閘，南京西變配電所備用電源就已經投入，導致本所自閉線斷路器失壓保護返回而未跳閘，鄰所通過該自閉線將電反送到本所母線上并向其他站場饋出柜送電。

關鍵字：變配電所 反送電 失壓保護 自閉線路 鐵路 電力系統(tǒng)

1.案例分析

1.1正常運行方式

1.1.1京滬線寧鎮(zhèn)自閉間一次系統(tǒng)圖簡圖

1.1.2正常運行方式

鎮(zhèn)江變配電所：兩路35kV電源同時受電。1#電源經主變一變壓后向10kV母線設備供電;2#電源經主變二變壓后向10kV母線設備供電;正常情況下10kV母線分段運行，母聯(lián)柜斷路器備自投退出。

南京西變配電所：兩路35kV電源同時受電。1#電源經主變一變壓后向10kV母線設備供電;2#電源經主變二變壓后向10kV母線設備供電;正常情況下10kV母線分段運行，母聯(lián)柜斷路器備自投退出。

自閉線運行方式：南京西←鎮(zhèn)江←常州←無錫（杭州段）

貫通線運行方式：南京西→鎮(zhèn)江→常州→無錫（杭州段）

1.2過程描述

20XX年XX月XX日21：50，供電公司的鐵路專用柜發(fā)生跳閘，導致鎮(zhèn)江變配電所一路外部電源進線（2#電源金山354線）停電。鎮(zhèn)江變配電所所內電源二柜（302DL）、受電二柜（102DL）失壓跳閘，京滬寧自閉柜（122DL）、城際寧一貫柜（128DL）失壓保護啟動但未跳閘。京滬線南京西變配電所所內京滬鎮(zhèn)自閉柜（124DL）備自投成功，將電反送至鎮(zhèn)江變配電所10kV Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ段母線。

1.3原因分析

1.3.1保護投入與定值設定情況

鎮(zhèn)江變配電所與南京變配電所之間電力自閉線正常情況下由鎮(zhèn)江所主供、南京西所備供。鎮(zhèn)江所作為主供所，投入的保護有電流保護、失壓保護、重合閘保護等，南京西所作為備供所，保護有電流保護、失壓保護、備自投保護等。兩所相關電源柜、受電柜、自閉貫通柜的保護投入與定值設定情況詳見下面表1（僅列出與此次故障跳閘相關的保護定值情況）。

1.3.2當日保護實際動作情況

調取鎮(zhèn)江變配電所所內當日故障報文，整理出相關開關的失壓保護動作順序，詳見下面表2。

調取南京西變配電所所內當日故障報文得知，故障當日21：40：18 907ms，南京西變配電所京滬鎮(zhèn)自閉（124DL）備自投動作。

下圖為當日故障錄波。

1.3.3保護動作情況分析

理論上，電源進線一旦失壓，變配電所所內所有投入失壓保護的開關柜應同時跳閘，自閉線上的備供所在檢測到線路無壓而本所相關母線有壓后應立即啟動備自投保護，保證自閉線上各設備的正常供電?！?】

而從此次故障上來看，在鎮(zhèn)江變配電所電源進線失電后，電源柜、受電柜、自閉柜失壓保護和南京西變配電所自閉柜備自投保護的動作順序依次是：電源二302DL保護啟動→受電二102DL保護啟動→受電二102DL保護動作→電源二302DL保護動作→京滬寧自閉122DL保護啟動→南京西變配電所京滬鎮(zhèn)自閉124DL備自投動作→受電二102DL保護返回→電源二302DL保護返回→京滬寧自閉122DL保護返回。

在鎮(zhèn)江變配電所京滬寧自閉122DL保護啟動后129ms，南京西變配電所京滬鎮(zhèn)自閉124DL備自投動作，將電反送至鎮(zhèn)江變配電所京滬寧自閉22#柜、Ⅳ段母線等設備，導致鎮(zhèn)江變配電所京滬寧自閉122DL失壓保護返回，于是未跳閘。

1.3.4故障原因初步分析

根據上述技術圖紙資料、運行方式情況、當日保護動作過程可知，此次失壓未跳閘事件的特點在于：各部位保護啟動時間不一致，鎮(zhèn)江變配電所電源柜、受電柜、自閉柜的失壓保護依次啟動，時差為200ms左右。南京西變配電所備自投動作時間甚至早于本所自閉柜保護啟動時間。

首先分析為何各個保護非同時啟動，經查看鎮(zhèn)江變配電所電源柜、受電柜、自閉柜的故障錄波可以發(fā)現(xiàn)，進線電壓并非瞬間完全失壓，而是逐漸降低的過程。在此過程中，由于變壓器相當于一個大電感，電源電壓降低引起勵磁電流降低，而繞組會感生一個電動勢阻礙勵磁電流減小，使得變壓器二次側電壓降低相較一次側要慢。而在鎮(zhèn)江變配電所的主接線中，電源二經過主變到達受電二，受電二經過調壓變到達自閉柜。因此由于變壓器的電感效應，三者高壓側電壓依次降低，而非同步降低，導致保護啟動時間不一致。

其次分析南京西變配電所備自投為何早于鎮(zhèn)江變配電所自閉柜的失壓啟動并動作。經調查兩所相關壓互的接線方式，鎮(zhèn)江變配電所京滬自閉母互采用的是YY型接線，采集到的是母線相電壓，而南京西變配電所京滬鎮(zhèn)自閉線路側母互采用的是VV型接線，采集到的是線路側線電壓。鎮(zhèn)江變配電所京滬寧自閉低壓跳閘的判別條件是三相相電壓均低于定值（40V），南京西變配電所備自投動作的判別條件是三個線電壓均低于定值（70V）。結合當時的故障錄波可以得知，由于此次三相電壓并非同時減小，即先達到南京西變配電所備自投條件，所以造成了鎮(zhèn)江變配電所尚未低壓跳閘、南京西變配電所就備自投動作了。也即此次非正常跳閘是三相電壓未同步降低造成的偶然事件。

1.4故障后果

此次故障由于寧鎮(zhèn)自閉反送電的緣故，南京西所Ⅱ段母線上容量為315kVA的自閉調壓變壓器直接供電給寧鎮(zhèn)自閉線上所有用電設備，以及鎮(zhèn)江東環(huán)、車站二、寧鎮(zhèn)一貫線上的所有用電設備。這種非正常運行方式嚴重影響供電質量，可能造成信號設備功能異常，造成鐵路交通事故的嚴重后果。對于供電設備來說，容易造成變壓器過負荷跳閘，甚至燒損變壓器、擴大故障范圍。【2】

2.改進措施

2.1改變壓互的接線方式

調整接線組別，比如將鎮(zhèn)江變配電所的自閉/貫通母互改為VV型接線，或者通過內部計算將其調整判別母線線電壓，也能避免因電源并非三相同步失壓而造成低壓保護尚未動作而鄰所已備自投成功的非正常運行方式。

2.2增加電源失壓跳閘聯(lián)動功能

在正常運行情況下，不允許出現(xiàn)電源柜斷路器斷開，而受電柜、自閉柜斷路器閉合的情況，因為這種情況容易造成反送電擴大事故范圍。因此可以將電源柜失壓保護出口的信號同時接給受電柜和自閉柜，要求受電柜和自閉柜無論是否檢測到失壓，都隨著電源柜一起跳閘，從而避免反送電的情況發(fā)生。這種方案僅對保護裝置接線做部分修改，相比前一種方案而言更加方便、可靠。

3.結束語

據不完全統(tǒng)計，鎮(zhèn)江變配電所2015年至2018年期間共發(fā)生了16起因地方供電公司問題導致電源進線失電的故障，僅出現(xiàn)1次自閉柜失壓未跳閘而鄰所備自投成功導致反送電的非正常運行方式。本文從這一次偶然事件入手，簡要探討了出現(xiàn)這種故障的原因，并提出兩點改進建議，希望與讀者同行進行進一步的探討。

參考文獻：

【1】陳小川.鐵路供電繼電保護與自動化.北京：中國鐵道出版社，2010.

【2】中國鐵路總公司.鐵路電力安全工作規(guī)程.北京：中國鐵道出版社，1998.