石太客運專線牽引變電所自投防拒動研究

王彥榮，李文起，李延軍，于建平，許惠敏

0 引言

在牽引變電所中，備用進線及主變壓器自動投切裝置（簡稱自投）占有重要的地位，當運行進線失壓或主變壓器故障時，通過自投動作，盡快投入備用進線或主變壓器，可防止發生全所停電事故。石家莊供電段管轄的石太客運專線自2009年1月試運行以來，在傳統試驗和正常運行中，多次發生真空斷路器拒合和自投拒動問題，嚴重影響了變電所設備的正常運行，危及供電安全。

1 自投拒動現象

1.1 歇子寨變電所自投拒動

2009年3月25日，在石太客運專線歇子寨變電所進行開通前的驗收試驗，在利用自投由Ⅱ回2#B運行模擬Ⅱ回進線失壓自動投入Ⅰ回1#B運行過程中，發現其202真空斷路器2次拒合，造成自投拒動，備用主變壓器和進線不能自動投切。

1.2 井陘北變電所213饋線斷路器拒合

2009年4月6日晚，井陘北變電所在全所停電處理主變壓器缺陷時，停到213饋線時，213斷路器給出“控制回路斷線”告警，213斷路器拒分。

以上2種情況自2009年1月石太客運專線試運行以來，截止到2009年10月16日，各所亭共發生自投拒動4次，真空斷路器拒動35次，嚴重影響了牽引變電所正常供電，降低了供電可靠性。

2 現場檢查及原因分析

2.1 現場故障情況調查

通過現場觀察和了解，一般在自投拒動時都伴隨著對應斷路器的“控制回路斷線”告警，同時，真空斷路器機構箱內的“告警”燈亮。而一旦“告警”燈亮，就會閉鎖真空斷路器分合閘，無法對其進行分合閘操作，即真空斷路器拒動。

真空斷路器是變電所的關鍵設備，主變壓器二次設備包括饋線系統的所有短路故障均是通過真空斷路器來切除故障點的，其目的是保證非故障設備正常運行。因此，真空斷路器拒動對變電所正常運行危害極大，主要表現在以下方面：一是在變電所運行主變壓器故障或運行進線失壓時，自投拒動，備用進線或主變壓器不能自動投切，造成變電所全所停電；二是在接觸網線路故障或所內其它設備故障時拒動，不能切除故障點，造成上一級保護越級跳閘，擴大故障范圍。

2.2 自投拒動原因的初步判定

由故障現象可以看出，自投拒動是由真空斷路器拒動引起的，而幾乎每次真空斷路器拒動都伴隨“控制回路斷線”告警和真空斷路器機構箱內的“告警”燈亮。因此，初步判定是真空斷路器機構本身故障造成。于是，首先對真空斷路器機構進行檢查，重點是控制回路，測量各電氣參數，其值未見異常。為進一步查明原因，在現場進行了反復多次的分合閘試驗，令人不解的是，在真空斷路器本體進行分合閘試驗每次都正常，但在控制室測控盤或綜合自動化系統后臺進行分合閘試驗時，大概分合閘十幾次就會出現一次“控制回路斷線”告警。通過對真空斷路器機構的檢查，基本排除了斷路器機構本體的原因。

2.3 控制回路檢查試驗

據觀察，“控制回路斷線”告警一般發生在真空斷路器處于合位時。“控制回路斷線”告警信號是由綜合自動化系統內部合閘位置繼電器（簡稱HWJ）和分閘位置繼電器（簡稱 FWJ）的常閉接點串聯控制的，即在HWJ和FWJ的常閉接點同時閉合時，才會發出“控制回路斷線”告警信號（見圖 1）。

圖1 綜合自動保護原理及接線圖

正常情況下，真空斷路器合閘后，其常閉輔助接點 DL1（1，3）斷開，FWJ線圈失電，FWJ的常閉接點閉合，同時，其常開輔助接點DL2（1，3）閉合，HWJ線圈受電，HWJ的常開接點閉合，常閉接點斷開，此時，不應發出“控制回路斷線”告警。若給出“控制回路斷線”告警，說明其 HWJ失電，HWJ的常閉接點閉合。因此，對其分閘回路進行了檢查和測量。其分閘回路見圖2。

圖2 分閘回路圖

通過測量，知綜合自動化系統內部HWJ的分壓電阻RH= 5.1 kΩ，HWJ1和HWJ2的線圈電阻R1=R2= 1.9 kΩ，而真空斷路器的分閘電阻R0=4.83 kΩ，分閘線圈電阻僅為0.2 kΩ。石太客運專線直流控制回路的電壓為110 V。

通過計算可知，U1=U2= 15 V，U3= 40 V，U4= 38 V。

查閱綜合自動化系統說明書，知其合閘位置繼電器的可靠動作電壓為 20 V，大于其現有的線圈兩端電壓（15 V）。所以，HWJ在受電時有時不能動作，在斷路器合閘時，發出“控制回路斷線”告警。

2.4 原因分析

由上述檢查、測量、計算可以看出，造成自投拒動的原因是分閘回路中真空斷路器的分閘電阻太大（測量值為4.83 kΩ），在分閘回路中分去電壓超過 30 V，造成分閘回路中的合閘位置監視繼電器受電減少，處在動作與不動作之間，合位繼電器一旦不動作，就會發出“控制回路斷線”告警，從而造成斷路器拒動。

3 解決措施

針對上述原因，研究制定了3種解決方案：

（1）對真空斷路器機構進行改進，減小斷路器分閘回路中分閘電阻的阻值，使合閘位置繼電器的線圈電壓為20 V以上。因廠家不同意，該方案未實施。

（2）將綜合自動化系統內部的合閘分壓電阻RH去掉或減小，使之符合分壓要求。因廠家不同意，此方案也未實施。

（3）改變綜合自動化系統內部的接線方式，將合位監視回路與保護跳閘回路分開，接在斷路器的合位監視燈回路上，在不改變原有電氣參數的情況下，使 HWJ分壓符合要求。具體接線見圖 1，將RH接端子d4的線解開，重新找1個端子d28，將合位監視回路單獨引出并接在斷路器的合位監視燈回路上。圖中虛線為改造后的接線。

4 措施實施及效果

2009年11月，由石家莊供電段檢修車間對石太客運專線4個變電所、3個分區所和6個AT所的所有綜合自動化保護裝置進行了改造。改造后效果良好，運行4個多月來，再未發生過自投拒動和“控制回路斷線”告警現象，消除了設備隱患，確保了石太客運專線設備的安全可靠運行。

通過對石太客運專線牽引變電所自投防拒動研究，發現并解決了國內二次設備即綜合自動化系統與國外一次設備即真空斷路器之間電氣參數不匹配問題。隨著鐵路建設的大發展，國外先進技術、設備的不斷引進，一二次設備電氣參數的匹配問題也會不斷涌現，且直接危及安全供電，這也是廣大電氣化鐵路工程技術人員在新建線施工驗收和運行管理中需引起關注和注意的地方。

[1]林永順.牽引變電所[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2]成都交大許繼有限公司.TA21型牽引變電所安全監控與綜合自動化系統說明書.

[3]法國阿海砝公司.真空斷路器使用說明書.