牽引變電所設置饋線大電流閉鎖重合閘改善主變壓器運行條件措施的探討

孟必強

（大秦鐵路股份有限公司 大同西供電段，山西大同037005）

近年來，大秦線牽引變電所饋線多次發生近端短路大電流跳閘故障，對供電設備造成了很大的危害，同時給運輸生產造成極大影響，經濟上造成巨大損失。為此，研究牽引變電所饋線保護對改善牽引變壓器運行條件有著重要作用，對提高牽引供電系統的供電質量和可靠性，保證鐵路運輸安全意義重大。

1 近端短路典型事故案例分析

近年來大秦線牽引變電所發生的近端短路典型事故案例，如表1。

表1 近年來大秦線牽引變電所近端短路跳閘事故案例

上述3起事故都是近端短路故障，饋線開關跳閘時主變差動或瓦斯保護同時啟動，饋線開關合閘或重合閘到近端短路故障點上，大電流沖擊導致主變壓器（以下簡稱主變）內部故障。

2007－12－09湖東變電所跳閘原因是湖東站重車場電力機車受電弓故障引起接觸網近端短路，造成饋線265斷路器速斷動作，幾次大電流沖擊引起2＃主變燒損故障。跳閘后檢查發現變壓器瓦斯繼電器內有氣體。對瓦斯繼電器內氣體、變壓器內部絕緣油取樣進行試驗分析，試驗結果油中一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、總烴、氫氣含量嚴重超標。檢查變壓器內部發現絕緣包扎炸開散亂，變壓器分接開關故障，不能投入運行，拆卸變壓器附件后返廠大修。

2008－09－04翠屏山2＃主變跳閘當時該地區出現強雷雨天氣，從故障標示數據看故障點距變電所較近，只有1.18km，211開關跳閘短路電流較大，瞬時大電流使主變內部T座繞組發生故障引起重瓦斯保護動作。跳閘后進行高壓試驗T座繞組直流電阻為0.212 Ω（75℃）、M 座繞組直流電阻為0.105Ω（75℃），T座繞組直流電阻與2007年數據比較同一溫度下變化達到108%（標準為2%），嚴重超標。變壓器廠家技術人員確認此變壓器T座線圈內部故障，變壓器不能繼續運行。更換了一臺新75MVA變壓器。

2009－11－04翠屏山變電所跳閘原因為站場供電線跨越接觸網施工時，斷線搭接在接觸線上造成跳閘。211斷路器跳閘及重合閘兩次大電流沖擊1＃主變，加上一次強送211斷路器時6 777A的短路電流再次對主變造成沖擊，使變壓器內部繞組發生故障，引起差動保護動作。跳閘后高壓試驗發現變壓器線圈的絕緣電阻下降，B相直流電阻增大，絕緣油色譜分析結果油中有電弧放電。打開變壓器內部進行檢查，發現變壓器由于受到短路電流電動力造成引線、線圈變形，不能繼續投入運行。更換了一臺新75MVA變壓器。

2 近端短路故障對變電所電氣設備的危害

變電所饋線發生近端短路故障時保護啟動斷路器跳閘后，饋線重合閘動作。如果是永久性故障，開關會重合到故障線路上，再次啟動保護跳閘。主變在短時間內經受多次大短路電流的沖擊，嚴重威脅到主變運行安全。

供電線路短路時，短路沖擊電流通過牽引變電所電氣設備，產生很大的電動力和很高的溫度，除對主變造成危害外，對變電所其他電氣設備和母線絕緣子等設備的安全運行也產生極大的危害，致使設備遭到嚴重破壞，甚至導致牽引供電系統癱瘓，中斷供電。

變電所饋線發生近端短路故障后短路電流很大，如果此時閉鎖重合閘，進一步查明故障原因后再送電可以避免故障升級，縮小事故范圍減少損失。

3 防止近端短路損傷主變的措施

3.1 牽引變電所饋線保護設置大電流閉鎖重合閘

對牽引變電所發生的近端短路大電流跳閘數據進行分析研究，提出在變電所饋線保護上設置大電流閉鎖重合閘的功能，避免開關重合在故障點的情況，以降低近端短路電流對主變的危害。以大秦鐵路為例，針對各個綜合自動化設備廠家的饋線微機保護裝置，制定不同的大電流閉鎖重合閘方法。

國電南自動化設備的牽引變電所饋線微機保護裝置控制字里有大電流閉鎖重合閘的功能。控制字中投入此功能，保護定值中輸入大電流閉鎖重合閘電流定值即可實現。饋線既有保護定值不變，當阻抗保護、電流速斷保護動作跳閘時，若短路電流達到設定的大電流定值，則閉鎖重合閘。若短路電流未達到設定的大電流定值，阻抗保護、電流速斷保護動作，不閉鎖重合閘。

天津凱發的牽引變電所饋線微機保護裝置不同類型保護的重合閘可以單獨投退，設置電流速斷保護不啟動重合閘即可實現大電流閉鎖重合閘功能，將既有電流速斷保護電流定值設置為閉鎖重合閘電流定值。設置后電流速斷保護動作后閉鎖重合閘，阻抗保護不閉鎖重合閘。

北京國際控制有限公司的牽引變電所饋線微機保護裝置不能直接設置大電流閉鎖重合閘，要求廠家重新開發了牽引變電所饋線大電流閉鎖重合閘的程序，使用新程序將既有保護裝置的程序進行刷新后實現了大電流閉鎖重合閘功能。其大電流閉鎖重合閘邏輯功能如圖1。

圖1 大電流閉鎖重合閘功能邏輯圖

3.2 變電所饋線閉鎖重合閘功能投入后分區所不檢壓重合閘改進

如圖2，牽引變電所上下行饋線在供電臂末端通過分區所斷路器實現并環運行。當變電所饋線故障211斷路器跳閘時，分區所斷路器241同時跳閘，將故障線路切除。正常情況下，變電所和分區所開關跳閘后會重合一次，如果是瞬間故障將自動恢復對接觸網線路的供電。

變電所饋線設置大電流閉鎖重合閘后，當變電所饋線跳閘電流大于重合閘閉鎖電流時，饋線斷路器跳閘后不啟動重合閘，由于分區所斷路器重合閘檢壓條件是檢上、下行兩路均有壓才啟動重合閘，此時分區所斷路器也不重合。此時不可強送，需查明原因后方可送電。需要強送時，先用閉合分區所斷路器環供試送，試送成功說明是瞬時故障，再閉合變電所斷路器。試送失敗說明是永久性故障。

如果遙控或手合分區所閉環斷路器強送電，會造成一定的送電延時。為縮短停電時間，盡可能減少對運輸的影響，對設置了大電流閉鎖重合閘功能供電臂的分區所并聯斷路器重合閘條件有必要進行修改，實行不檢壓重合閘，且將分區所斷路器重合閘延時由3.5s調整為4s，變電所2s不變。

取消分區所并聯斷路器檢兩路有壓重合閘條件，實行不檢壓重合。供電線路故障中，如果是瞬時性故障，變電所和分區所跳閘后都會重合成功；如果是永久性故障，變電所故障一側饋線211跳閘后閉鎖重合閘或重合失敗，分區所241跳閘重合于故障點時，由于分區所斷路器阻抗保護動作時限0.25s，變電所饋線阻抗Ⅱ段動作時限0.5s，所以分區所241保護會先于變電所212啟動跳閘切除故障，不會影響另一側饋線正常供電。

如果變電所饋線上、下行、分區所并聯斷路器同時跳閘，上、下行重合失敗，分區所斷路器會在上、下行線路均無電的情況下自動重合一次，可根據現場實際情況將分區所并聯斷路器遙控或手動分閘，也不會造成影響。

實施大電流閉鎖重合閘和分區所不檢壓重合后，既可防止變電所斷路器重合閘到近端短路的線路上，又可以避免瞬間故障時中斷供電，可有效的降低大短路電流對主變的沖擊，從而改善主變的運行環境，防止近端沖擊電流導致主變內部故障，提高變壓器運行可靠性。

4 結束語

為了改善主變壓器運行條件，在牽引變電所設置饋線大電流閉鎖重合閘的方案，不增加設備，不增加投資，只需修改饋線保護設置或修改保護裝置程序即可，方法簡單可行。2010年在大秦線、北同蒲線各牽引變電所饋線保護均設置了大電流閉鎖重合閘功能，同時相應的對分區所的閉環斷路器重合閘設置為不檢壓重合閘。經過近一年來的運行檢驗，運行情況良好，再未發生過一起由于合閘到近端短路的線路上而導致的主變開關跳閘或主變內部故障的事件，有效的改善了牽引變電所主變壓器的運行環境，提高了牽引變電所供電可靠性。