鄭西高鐵非電量保護誤動分析

張 明

（中國鐵路鄭州局集團有限公司 洛陽供電段，高級技師，河南 洛陽 471OOO）

0 前言

全并聯(lián)AT供電方式在高速鐵路及客運專線的應用日益廣泛，其牽引變電所、分區(qū)所及AT所內(nèi)的牽引變壓器和AT自耦變壓器均設有瓦斯保護、壓力釋放及超溫保護，在運行中由于外界環(huán)境的干擾，再加上本體保護裝置自身的缺陷，鄭州至西安高鐵（以下簡稱鄭西高鐵）自從開通以來，已出現(xiàn)10次非電量保護動作，其中以2019年1月11日閿鄉(xiāng)變電所3#B超溫誤動作最為嚴重，巡視牽引變壓器溫度正常、203DL跳閘，嚴重干擾了高鐵運輸秩序，影響5列高鐵列車運行。

1 非電量保護工作原理

牽引變壓器及AT自耦變壓器利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當變壓器內(nèi)部發(fā)生短路故障時，故障點局部產(chǎn)生高溫，使油溫升高體積膨脹，甚至沸騰，油內(nèi)溶解的空氣就會被排出變成氣泡上升；故障點產(chǎn)生電弧，使絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生大量的氣體。利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置，稱為瓦斯保護。

牽引變壓器利用油面溫度計及溫控器，用來監(jiān)控變壓器頂層油溫。溫度計的原理是基于密閉測溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的線性關系，而進行溫度測量的。當溫包感受到溫度變化時，密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應的壓力，引起彈性元件曲率的變化使其自由端產(chǎn)生位移，再由齒輪放大機構把位移變?yōu)橹甘局?，并且可以輸出?～20）mA信號。金屬套管內(nèi)埋設有3線制Pt 100熱電阻溫度計，可實現(xiàn)溫控器溫度值與后臺之間的遠傳。

非電量保護裝置由本體保護插件和操作插件組成。本體保護插件主要有本體瓦斯保護回路，壓力保護、超溫保護回路。操作插件有手動跳合閘回路，斷路器跳閘回路，斷路器合閘回路，防跳回路，壓力監(jiān)視回路，信號回路。

當出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)故障、變壓器過負荷、變壓器鐵心故障和變壓器繞組故障等現(xiàn)象時，都會引起變壓器溫度升高，當溫度超過允許值時，超溫跳閘繼電器動作。

2 非電量保護動作檢查情況

2019年1月11日閿鄉(xiāng)變電所3#B非電量誤動作后的檢查方法及試驗結(jié)果如下：

1）首先認真細致檢查變壓器外觀有無變形、異?，F(xiàn)象。

2）檢查二次回路接線，確認直流系統(tǒng)是否有直流接地，絕緣降低等報警信息。

3）檢查牽引變壓器溫控器狀態(tài)有無異常及其溫度定值是否正確。

4）檢查牽引變壓器的油位有無異常，油枕狀態(tài)是否正常，檢查牽引變壓器熱油有無膨脹空間，檢查牽引變壓器散熱器閥門是否打開。

5）檢查變壓器的歷史記錄，是否近期進行過注油、濾油作業(yè)，油枕排氣是否徹底及油位指示有無異常，檢查牽引變壓器有無壓力增加及其壓力釋放信息等現(xiàn)象。

6）檢查牽引變壓器呼吸系統(tǒng)是否暢通，吸濕器有無堵塞情況。

7）抽取油樣做油色譜分析，對油樣進行分析，其結(jié)果（見表1）。

（8）對3#B主變繞組進行介損和電容測試，同時對3#B溫度保護二次電纜進行絕緣檢查、及對電纜溝及電纜夾層內(nèi)高低壓電纜敷設情況進行了檢查，發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，電纜狀態(tài)良好，無接地及絕緣下降情況，綜合判斷為超溫保護誤動作

表1 1.3#B主變油溶解氣體組分量色譜分析結(jié)果μL·L1

3 非電量保護動作原因分析

牽引變壓器采用的是天津凱發(fā)公司生產(chǎn)的DK3532本體保護裝置，該裝置的動作原理見圖1。

圖1 非電量保護原理圖

圖1中非電量接點是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點、溫控器的溫度二段接點及壓力釋放裝置的微動開關接點，DK3532是DK3532本體保護裝置，ZJ是重動中間繼電器。當牽引變壓器的非電量保護動作時，既瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動作時，非電量裝置常開接點閉合，DK3532本體保護裝置正電源+KM經(jīng)非電量常開接點進入DK3532本體保護裝置中的重動中間繼電器ZJ后，不經(jīng)判斷延時，而直接驅(qū)動斷路器跳閘線圈至負電源-KM,直接使斷路器跳閘。

3.1二次原理設計缺陷對天津凱發(fā)公司DK3532本體保護裝置原理圖分析發(fā)現(xiàn)，非電量保護動作不符合《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定，裝置不經(jīng)重動中間繼電器ZJ附加判斷，直接啟動斷路器動作跳閘。應將可能引起兩個及以上的斷路器動作跳閘的開入量，經(jīng)抗干擾重動中間繼電器ZJ判斷后，即重動中間繼電器ZJ動作后，其接點閉合開入，使其斷路器動作跳閘。

3.2重動中間繼電器選擇不良天津凱發(fā)公司DK3532本體保護裝置內(nèi)采用的重動中間繼電器型號為DSP1 24 V，經(jīng)查該型號重動中間繼電器啟動功率僅為2 W多，不符合《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》關于“裝置中的抗干擾的重動中間繼電器的啟動功率大于5 W，動作電壓在額定直流電源電壓的55～65%Ue范圍內(nèi)，額定直流電源電壓下動作時間為10 ms—35 ms”的規(guī)定。

3.3二次控制電纜布置不當高鐵牽引變電所的牽引變壓器設在室外，距離控制室比較遠，其二次電纜從牽引變壓器的端子箱到控制室監(jiān)控屏要經(jīng)過電纜溝及電纜夾層，由于前期施工未嚴格按工藝要求施工。造成控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，以及電纜芯線之間及芯線對地之間的分布電容作用，使非電量保護表現(xiàn)為導通狀態(tài)，從而造成非電量保護裝置DK3532動作。

3.4門檻動作電壓過低DK3532本體保護裝置內(nèi)的重動中間繼電器動作電壓僅為24 V，極易引發(fā)誤動。如在非電量保護回路中，由于非電量保護的接點Kl設在牽引變壓器本體上，距離控制室保護測控盤較遠，敷設的二次電纜較長，再加上施工不規(guī)范造成的電纜溝內(nèi)控制電纜、低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，導致二次電纜處在強電、強磁場運行環(huán)境之中極易受到電磁干擾產(chǎn)生大于24 V感應電壓導致誤動；此外，還因控制電纜選型與設計圖圖紙嚴重不符，沒有采用屏蔽電纜，在惡劣的環(huán)境中其保護回路中往往會感應出較強的干擾信號(一般幅值大于24 V，在嚴重短路等事故環(huán)境下，感應電壓可能會更高)，也會引起DK3532保護測控裝置誤動作。例如鄭西高鐵的楊窯AT所1#AT及馬蹄溝AT所2AT在未運行的情況下，保護測控裝置自從2010年開通以來多次報壓力釋放動作信息，經(jīng)過多次檢查自耦變壓器狀態(tài)良好，油樣分析正常符合規(guī)程規(guī)定，對自耦變壓器進行絕緣試驗，絕緣良好，最終分析判定故障為門檻動作電壓低導致保護誤動所致。

4 高鐵變壓器非電量保護改進措施

4.1選擇符合要求的重動中間繼電器借鑒地方供電局220 KV變電站的經(jīng)驗及根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》要求，選擇使用性能質(zhì)量達標的非電量保護的重動中間繼電器，即重動中間繼電器主要參數(shù)符合啟動功率不小于5 W、動作電壓不小于55～65%Ue、動作時間不小于10 ms的規(guī)定。經(jīng)比選，確定改用JQX-5F繼電器作為重動中間繼電器。

4.2改造二次接線對二次接線進行改造，使其非電量保護的開入量均應經(jīng)抗干擾的重動中間繼電器ZJ動作后,其重動中間繼電器ZJ的接點閉合后，斷路器才動作跳閘。其改造后的二次接線原理如圖2所示。

圖2 改造后的原理圖

圖2中非電量接點是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點、溫控器的溫度二段接點及壓力釋放裝置的微動開關接點，DK3532是DK3532本體保護裝置，ZJ是指重動中間繼電器，ZJ1、ZJ2是重動中間繼電器ZJ的常開接點，XJ是信號繼電器。當其牽引變壓器的非電量裝置動作，如瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動作時，其非電量常開接點閉合，DK3532本體保護裝置正電源+KM經(jīng)非電量常開接點進入DK3532本體保護裝置中的重動中間繼電器ZJ后，重動中間繼電器ZJ動作，經(jīng)大約10 ms～35 ms的延時后，其常開接點ZJ1、ZJ2閉合，由重動中間繼電器ZJ的常開接點ZJ1驅(qū)動斷路器跳閘線圈至負電源-KM,直接使斷路器跳閘。由重動中間繼電器ZJ的常開接點ZJ2，使信號繼電器受電動作，驅(qū)動DK3532本體保護裝置中的信號燈亮。這樣當有干擾信號進入到本體保護裝置中時，即使重動中間繼電器受電，但由于功率小于5 W時，重動中間繼電器ZJ也不能動作，既重動繼電器的常開接點ZJ1、ZJ2也不能可靠閉合。即使重動繼電器ZJ動作，由于干擾信號持續(xù)時間一般均小于10 ms，而重動中間繼電器的常開接點，動作延時為10 ms～35 ms，這樣就有效防止了因外部環(huán)境干擾，而使斷路器誤動作跳閘的可能。

4.3更換性能優(yōu)良的本體保護插件對鄭西高鐵管內(nèi)DK3532裝置本體保護插件進行更換，其更換后的本體保護插件滿足《電氣化鐵路自耦變壓器保護測控裝置技術條件》非電量跳閘回路如下要求：

1）回路的起動功率不應低于5 W；

2）回路的起動電壓值不應大于0.7倍額定電壓值，且不應小于0.55倍額定電壓值；

3）回路在額定直流電源電壓下的動作時間為10 ms～35 ms；

4)回路應具有抗220 V工頻電壓干擾的能力。

且非電量告警應滿足以下要求：

（a）非電量告警信號采用開入方式接入保護裝置，由保護裝置完成非電量告警及事件記錄；

（b）本體保護插件必須能接入輕瓦斯、溫度I段、油位異常非電量告警信號。

5 結(jié)束語

鄭西高鐵管內(nèi)七座牽引變電所自從2019年2月1日改造完畢，至今運行良好，未出現(xiàn)非電量保護誤動作及誤報警情況，為高鐵的安全運行打下了堅實基礎及理論依據(jù)。