論直流電源在牽引變電所安全運行中的關鍵作用

李四旺 上海鐵路局調度所

在牽引變電所安全運行過程中，直流供電系統有著關鍵的作用，提供牽引變電所內的控制、保護、信號等二次回路的電源。直流裝置是否穩定，直流回路是否安全，對牽引變電所的安全運行有著十分重要的意義。

在運行的牽引變電所中，由于忽視直流裝置的安全運行，不能及時發現和處理直流系統出現的隱患和問題，從而導致牽引變電所供電設備事故的事件屢有發生。因此，牽引變電所直流系統的安全問題，應當引起牽引變電所運行管理人員的高度重視。

1 直流電源故障案例

2007 年7 月，隴海線某牽引變電所發生嚴重供電設備事故。其主要原因是該牽引變電所直流電源裝置故障沒有及時發現，在所內出現短路故障時保護裝置失去工作電源不能正常工作，故障電流沒有被及時切斷，從而致使牽引變電所饋線斷路器、隔離開關、控制盤、保護盤、電流互感器等多種高低壓設備燒損，使得該牽引變電所退出運行近半個多月。

2004 年5 月，京廣線某開閉所發生供電設備燒損事故，其原因是牽引變電所直流裝置故障沒有被及時發現。相鄰開閉所值班員誤將接地線掛在有電的隔離開關上，引起牽引供電高壓設備短路故障。由于牽引變電所保護裝置在供電系統發生短路故障時直流電壓過低（當時設計牽引變電所兩臺自用變都是由主變二次供電，沒有10 kV 自用變），保護裝置失效，沒能及時切斷短路故障，致使開閉所進線隔離開關、斷路器、控制盤、保護盤、故標盤等多種高低壓牽引供電設備燒損，開閉所退出運行近一年。

以上兩起牽引供電設備大面積損壞都是由牽引變電所直流裝置回路故障引起的。事故不僅造成巨大的財產損失，還使相關牽引變電所、開閉所長時間退出運行，嚴重影響了正常的鐵路運輸秩序。

2 牽引變電所直流裝置的現狀及缺陷

牽引變電所直流裝置的工作原理如圖1 所示。

圖1 牽引變電所直流裝置的工作原理圖

2.1 保護裝置直流電源的引入和分配

目前在我局管內隴海線、京滬線各牽引變電所多采用南京自動化有限公司生產的牽引變電所綜合自動化系統（簡稱綜自系統）。該套綜自系統直流回路，沿用了我國常用的柜頂直流母線貫通的做法，將直流電源通過電纜接入電容器柜中空氣開關，然后通過空氣開關再接入柜頂直流母線，每個柜的直流電源再從柜頂小母線引入（如圖2）。

圖2 綜自柜直流供電回路接線示意圖

從圖2 可以看出，電容器柜兩個直流空氣開關就是整個綜自柜所有直流電源的總開關。生產廠家考慮到直流負荷的因素，使用了兩個空氣開關，并聯向直流母線供電。另外，從圖中看出，除了綜自盤本身的直流負荷外，接觸網兩個分相負荷開關（301、302）的直流電源也同樣由綜自盤頂小母線引出。

整個綜自盤上，每一套裝置都對應一路直流空氣開關，每個裝置出現故障不會影響其他裝置的正常運行。盤上的所有空氣開關容量都是6 A，每個空氣開關廠家都設有跳閘報警裝置。當任意一路直流負荷發生短路故障造成空氣開關跳閘后，綜自后臺監控系統都會發出報警信號。

從綜自整個直流回路運行情況來看，如果直流回路出現問題，無論是綜自裝置出現問題，還是任意一條直流回路出現問題都會有跳閘報警。值班員或調度員可以根據報警及時查找每個直流回路，及時發現和處理回路故障。

2.2 直流供電回路中存在的問題

從直流盤的供電回路圖中我們可以看到每條饋出回路都單獨設立空氣開關，并且都帶有空開跳閘報警裝置，當每條直流饋出回路出現短路跳閘后都會發出報警信號。同樣，從綜自盤直流供電回路中我們同樣可以看到所有直流負荷也都單獨設立空氣開關，并且同樣帶有空開跳閘報警裝置，當盤內任意回路發生短路故障空開跳閘后也會發出報警信號，表面上看整個直流供電回路都在可以監控的范圍。

但是，在這個直流供電回路中存在著一個薄弱環節，它就是電容器盤的兩個直流進線并聯空氣開關。這兩個空氣開關安裝在綜自盤，直流盤監控系統無法監控它們。當他們同時跳閘整個綜自盤所有直流電源都消失后，綜自監控系統因為失去工作電源也無法正常工作，同樣也不能監控他們。因此，當這個環節發生問題后無論是直流盤監控系統還是綜自盤監控系統都不會發出報警信號。

實際上僅僅不能報警并不是問題所在，關鍵在于一旦這兩個空氣開關同時跳閘，且又不能及時發出報警信號，綜自盤直流電源失電將嚴重威脅牽引變電所安全運行。電容器盤兩個進線直流空氣開關同時跳閘，如果不報警且供電調度或值班人員沒有及時發現，這時牽引變電所內所有保護裝置都將停止工作，正在向接觸網供電的牽引變電所將在完全沒有任何保護的情況下帶電運行。這時一旦牽引供電回路發生短路故障，就會造成與前面兩起牽引供電設備事故一樣的嚴重后果，使牽引變電所一、二次設備大量燒損，特別是在雷雨天氣雷電造成牽引供電回路短路的情況更容易發生。這種兩個直流空氣開關同時跳閘的現象，在目前運行的牽引變電所中曾發生過不止一次。由于值班人員及時發現，才沒有造成比較嚴重的后果。

從綜自盤直流母線饋出的各直流回路方面來看也有不妥之處。首先，用于綜自盤直流進線的兩個空氣開關與各個盤每條直流饋出回路的空氣開關容量同為6 A，容量偏小，在正常情況下這兩個空氣開關就接近半負荷工作，當出現短路情況時這兩個空氣開關隨時可能跳閘。另外，用于向接觸網分相無電區送電的分相電動隔離開關電源也是從綜自盤直流母線上饋出，這樣當分相電動隔離開關在室外遭遇雷擊或絕緣擊穿時由于其端子箱接地電阻遠比變電所地網接地電阻要大的多，勢必造成分相隔離開關機構箱部分設備燒損，并由直流電纜將雷電或短路電流引入牽引變電所二次盤內，造成綜自設備燒損。

近期發生在隴海線文莊牽引變電所網上分相隔離開關直流電源空氣開關與電容器盤兩個直流進線空氣開關同時跳閘的現象就發生在雷雨天, 且不能排除兩個進線電源空氣開關跳閘的情況是由于分相開關直流空氣開關跳閘引起的。這次空氣開關短路跳閘不僅使分相開關的跳位繼電器燒損，還造成綜自盤主變后備保護裝置燒損。

3 建議采取的防范措施

3.1 直流屏改進

對現有南自廠直流供電回路電容器盤兩個進線開關進行改造，增大綜自電容器盤上兩個進線直流開關的容量，用兩個40 A 空氣開關代替直流盤原來兩個6 A 的空氣開關，使該容量與直流盤饋出線空氣開關容量相同，這樣在綜自盤直流饋出回路出現短路故障時電容器盤的兩個進線空氣開關就不會輕易跳閘。

另外，可以直接取消電容器盤兩個進線直流空氣開關，用直流盤向綜自盤供電的空氣開關作為綜自盤的主供開關。這樣無論是直流盤上的空氣開關還是綜自盤上的直流空氣開關都有相應的監控裝置進行監控，消除了空氣開關跳閘不能報警的隱患，避免空氣開關跳閘不報警的現象發生，從而提高直流供電系統的安全可靠性。

3.2 分相負荷開關直流電源改進

將兩臺接觸網分相負荷開關的直流電源改為直接從直流盤引出，將容易遭受雷擊的所外設備直流電源與保護裝置直流電源分開，從而保證保護電源相對單一，提高保護裝置電源的可靠性。

4 結論

綜上所述，牽引變電所直流電源裝置的可靠、穩定，對牽引變電所的安全運行有著舉足輕重的作用，在牽引變電所日常運行、維護和設備檢修過程中都應當作為重點加以高度重視。只有保證牽引變電所直流電源的安全運行，才能確保牽引供電系統安全運行。