變電所交流操作電源故障分析及完善措施

田立中

(北京鐵路局 石家莊供電段,河北石家莊050000)

在牽引變電所中,交流操作電源系統作為一二次設備、通訊機械室的唯一交流電源,其作用是非常重要的。但是,石家莊供電段京九線牽引變電所交流電源在運行中存在一些問題,造成變電所交流電源失電、交流自投回路工作不正常等故障現象,使交流電源系統的供電可靠性降低,直接影響著遠動系統操作和一二次設備正常運行。

1 交流電源基本情況

京九線牽引變電所交流操作電源是通過PLC可編程控制器來實現變電所主電源(來自27.5 kV)、備電源(來自10 kV)電源自動投切,是比較先進、功能比較齊全的交流電源之一,具備兩路交流電源自動投切、電源失壓自動報警、遠方控制投切、遠方實時監控、人機對話操作系統和界面顯示功能。

京九線電氣化開通運行以來,變電所交流電源在實際應用中存在如下問題,直接影響交流電源的正常供電。

(1)在清河城變電所運行中,交流電源系統的主、備交流電源之間出現頻繁投切現象,使交流電源系統不能正常工作。

(2)變電所交流系統兩路交流電源空氣開關同時跳閘,全所交流失電。

(3)運行中多次發現,在主電源瞬間失壓時,備用電源不能自動投入,交流電源失電。多個變電所均出現PLC裝置控制回路中間繼電器燒毀。

2 交流電源問題原因分析

2.1 主、備交流電源頻繁投切

(1)PLC裝置在對電源線電壓判斷失壓或過壓時啟動投切。實際檢測主電源線電壓的波動范圍很大,一般變化范圍在390～410 V之間,其中線電壓高于400 V的次數很頻繁,但持續時間較短為2～3 s。主、備電源交流失壓整定值為280 V,過電壓整定值為400 V。主、備交流電源失壓或過壓延時投切時間為0 s。

(2)主、備交流電源的投切原理是當主電源失壓(低于280 V)、過壓(高于400 V)時,PLC交流電源裝置自動投入備用電源供電,當主電源線電壓有壓(280～400 V),電源裝置又自動切回主電源供電。

從以上分析可以看出,交流電源過電壓整定值(400 V)在主電源電壓變化范圍(380～410 V)之間。根據交流電源的投切原理,在主電源電壓波動時,必然會造成主、備電源頻繁投切的結果。

2.2 交流電源系統空氣開關同時跳閘

經過對交流系統的查找分析,初步確定交流系統空氣開關同時跳閘的原因是由于主、備電源投切時,延時投切時間設定為0 s。當電壓波動引起兩路電源投切時,在投切過程中由于沒有延時,兩路電源之間不能完全隔離開,致使27.5、10 kV主備電源并相;由于兩路電源之間存在電壓差,并相后電壓差產生的電流引起空氣開關過流跳閘,變電所交流電源失電。

2.3 主、備交流電源不能可靠投切

經過分析查找,初步確定不能可靠投切的原因是PLC裝置自用電源存在設計問題。

(1)PLC自用電電源的基本原理是為了保證在一路電源失電的情況下,PLC裝置能夠正常工作,設計中為PLC裝置提供兩路自用電電源(如圖1)。一路為27.5 kV電源;另一路為10 kV電源。正常情況下由27.5 kV電源供電,27.5 kV電源停電后,由交流10 kV電源供電,從而保證了PLC裝置的正常工作。

圖1 PLC裝置自用電電源示意圖

(2)交流主、備電源投切原理:當交流主電源失壓時,PLC裝置的自用電電源同時失壓無電,同時控制回路中間繼電器釋放,接觸器全部斷開,經過1～2 s后PLC裝置自用電切換到備用電源,PLC重新啟動后再投入備用電源控制回路接觸器,備用電源供電。當交流主電源送電后,PLC裝置的自用電由備用切回主電源,同樣PLC裝置的自用電電源先失電,同時控制回路中間繼電器釋放,接觸器全部斷開,經過1～2 s后PLC裝置自用電切回到主電源,再投入主電源接觸器,備用電源供電。

此工作過程造成PLC裝置、中間繼電器、接觸器頻繁受到沖擊和動作。我們在交流電源系統多次進行主電源失壓試驗,也得到了驗證。

從上面分析可以看出,造成主、備交流電源不能可靠投切的主要原因,一是PLC裝置自用電電源輸入有設計問題;二是中間繼電器選型不合理,接點容量小,回路切換時接點不能切斷電弧,接點粘連導致中間繼電器燒毀。

3 完善措施

3.1 消除主、備交流電源頻繁投切的措施

根據電氣化鐵道電壓波動范圍大、電壓峰值持續時間短的特點,確定交流電源整定值如下:

(1)交流電源失壓整定值為280 V,過電壓整定值調整為420 V,即交流電源電壓降低到280 V或高于420 V時,主、備交流電源進行自動投切。

(2)自動投切延時時間整定為6 s。保證在發生瞬間短路故障或其他原因引起的電壓瞬時波動時,主、備交流電源不進行自動投切。

通過修改PLC程序完成上述兩項措施后,避免了由于瞬時短路故障或交流電源電壓瞬時波動而引起的主、備交流電源頻繁投切現象。

3.2 消除交流電源空氣開關同時跳閘的措施

針對造成空氣開關跳閘的原因是由于27.5 kV、10 kV主、備電源并相引起,即在27.5 kV與10 kV電源切換中,運行電源在沒有完全斷開的情況下投入備用電源。基于此分析,在PLC邏輯投切回路增加確認功能,即在確認運行電源回路切斷后再執行投入備用回路的操作。

通過修改PLC程序的邏輯回路完善了此措施,有效解決了兩路電源并相引起的空氣開關同時跳閘問題。

3.3 消除主、備交流電源不能可靠投切的措施

解決主、備交流電源不能可靠投切的措施有兩種,一是改變PLC裝置自用電交流輸入電源的引入位置;二是更換PLC硬件裝置。通過分析比較,選用第一種方法比較經濟,可以節約投資。

第一種方法的基本思路是在交流電源失電或兩路電源切換時,PLC裝置的自用電電源不能失電。其實現方法是將PLC裝置的自用電電源的交流輸入電源由交流電源回路改接到已有的逆變電源的輸出回路上,由于逆變電源的直流輸入為蓄電池電源,所以可以實現PLC裝置的不間斷供電。

通過此措施,解決了在兩路電源全部停電時,由于PLC裝置沒有自用電源,不能發出報警信息的問題,完善了交流電源系統的功能。

4 結束語

通過采取的措施,目前石家莊供電段京九線牽引變電所交流電源運行情況良好,交流電源系統可靠性大大提高,為牽引變電所正常供電提供了保證。