地鐵35kV供電系統電壓互感器及開關差動保護故障分析

陳學斌

南京地鐵運營有限責任公司

摘要：本文結合作者多年來的工作經驗主要闡述了地鐵35kV供電系統電壓互感器故障與開關差動保護故障分析，僅供參考。

關鍵詞：軌道交通；交流35kV；故障分析

一、35kV供電系統電壓互感器故障分析

在我國，地鐵供電系統普遍都選用35kV的電壓等級，而且因為城市建設以及地鐵安全穩定運行的需要，其開關通常選用的是C-GIS中壓開關，這類開關不僅具有占地面積小的特點，同時還能夠免維修，為地鐵的運行和維護帶來了不小的便利，但同時也對其開關元器件提出了更高的質量要求，尤其是作為開關設備中較為薄弱的電壓互感器，故障電壓互感器如圖1所示：

圖1 故障電壓互感器

而在對其故障電壓互感器進行解剖分析后，經過綜合分析可以發現電壓互感器內部中的一次繞組導線存在均勻燒毀現象，進而使其絕緣體發生開裂，并且導致高壓對地擊穿所引發的。

例如根據上海軌道交通3號線的電壓互感器故障產生的一次熔絲屢次熔斷故障來說，在充分結合其變壓熔絲熔斷的具體時間、地點、熔斷相別、運行方式、操作以及其容抗和感抗比值的統計內容可以發現（如表2所示），該故障發生的原因大致分為兩種情況，一種是空充單母線的操作情況下產生的，另一種則是在無操作情況產生的，從其故障產生時間上來看，故障產生可能是在操作時產生的，也可能是列車收發車或者運行高峰期產生的。

表1 35kV變壓熔絲熔斷記錄表

初步分析故障的產生有可能是倒閘操作所引發的，這主要是因為倒閘操作流程如果不合規定就會產生工頻位移過電壓。同時還與列車運行及其35kV系統參數匹配有聯系，因為牽引變的整流器會產生大量諧波，經過相關測量也證明了牽引變的整流器是3號線35kV系統諧波主要來源，而且隨著列車收發車和運行高峰期的到來，35kV系統上的諧波頻率強度在不斷發生變化，其系統參數也在發生變化，當這兩者的自振頻率一致，并且蘊含激發因素，那么就會產生諧振過電壓。因為3號線的35kV系統屬于小電流接地系統，產生這類故障的原因可以分為非諧振原因和諧振原因。但是3號線不存在線路接地現象，因此其故障的產生原因主要考慮諧振，這種諧振又包括工頻位移過電壓和諧波諧振過電壓，其中前者與倒閘操作和35kV系統運行方式有聯系，后者與列車運行情況和系統參數匹配有聯系。除此之外，還可以利用在線錄波分析方式對故障進行分析，先通過測試地鐵35kV網絡，以判定其中存在直流分量，并且其大小在不斷變化，然后按照穩態直流分量進行在線錄波，以進行可定量分析。再通過對地鐵多點的電壓互感器進行二次采樣錄波，確定暫態直流分量狀況，接著利用對電容量的計算以及放電回路的確定，得到直流電流與額定電壓下以此勵磁電流的關系，最終分析出故障情況。

二、35kV供電系統開關差動保護故障分析

1.故障描述及影響：

10月25日凌晨，二號線高壓工班按照計劃對馬群車輛段35KVⅠ段設備檢修。1：00左右，OCC電力調度開始對馬群站進行倒閘操作，當拉開馬群站101進線開關、合上100母聯開關3秒鐘后，馬群車輛段102開關報“P521差動保護動作”信號并跳閘，造成馬群站、鐘靈街站35KV兩路電源全部失電。故障發生后，為了避免馬群和鐘靈街站陷于無電狀態，檢修人員立即中斷作業恢復馬群站35KVⅠ段供電。11月1日，工班補報計劃準備完成10月25日的工作，在倒閘操作時再次發生102開關跳閘故障

2.故障處理經過 ：

10月25日發生差動保護故障后，檢修人員按照慣例檢查電纜絕緣和保護裝置。電纜經檢查絕緣正常，通過筆記本與102開關的P521裝置相連始終不能建立通訊，而102開關的另一端馬群主所323開關P521沒有發現故障波形和事件，因此判斷為馬群車輛段102開關P521裝置誤發差動信號所致（2010年9月，苜蓿園101與明故宮103之間發生過P521誤發跳閘信號的故障），102開關在更換裝置后投入正常使用。11月1日再次發生跳閘后，我們把故障范圍縮小至102開關的CT二次側至P521裝置之間的二次回路上。通過繼保裝置在CT二次側加載0.1A（500/1）的電流，在P521裝置上B、C相電流顯示均為50A，而A相顯示為相差較大的不穩定值。 A相電流在14-50A之間間斷性波動。為進一步查找故障點，直接在P521上加載電流，三相電流均顯示50A 。最后確定是“電流互感器二次過電壓保護器”A相有接地現象，更換后重新試驗均正常。

3.故障原因分析：

電流互感器二次過電壓保護器是并接在CT與保護裝置之間的，用于防止互感器開路產生高電壓。馬群站在拉開101開關合上100母聯開關3秒后，馬群站及鐘靈街站400V設備瞬間切換產生較大電流，由于過電壓保護器分流，使得加載在馬群主所323開關和車輛段102開關P521上的電流不平衡，并且達到差動保護啟動的定值。正常供電時，兩路分列運行，即使保護器損壞由于電流偏小并不會導致故障發生。

4.經驗教訓

差動保護動作故障的發生，最典型的就是電纜絕緣損壞。但2號線保護裝置自身誤動作的情況也時常發生，我們在處理類似故障的時候往往把注意力放在這兩方面。事實證明我們在處理故障的思路還不夠開闊，對元器件自身損壞造成的可能故障認識不深。