牽引變電所低壓啟動過電流保護動作的處置

李 智 上海鐵路局調度所

牽引變電所低壓啟動過電流保護動作的處置

李 智 上海鐵路局調度所

通過對牽引變電所主變壓器低電壓啟動過電流保護典型案例的分析，梳理故障的主要原因及特征，并對故障的不同起因優化故障處置的流程，為正確快速處置故障提供參考。

牽引變電所；過電流；保護；處置

過電流保護是牽引變電所主變壓器（下文簡稱主變）的常用保護，分為高壓側過電流保護和低壓側過電流保護，主變過電流保護動作后將導致主變或部分低壓側母線退出運行，影響接觸網正常供電。鐵路總公司運輸局《供電故障應急處置基本流程》（運供供電【2016】208號）對該類型保護動作的處置做出了指導性的處理意見，實際運用中由于過電流保護動作原因各有不同，為及時判明故障性質，迅速隔離故障恢復供電，需針對故障的不同起因進行分析并制定全面的處置預案。

1 主變過電流保護的原理

低壓側過電流保護的作用主要是作為主變低壓側母線設備（包括母線、母線隔離開關及與母線之間僅通過隔離開關相連電壓互感器、所用變壓器等）的主保護，同時也是牽引所各饋線的后備保護。其電流采樣取自主變的低壓側電流互感器，動作時限因需與饋線保護裝置的動作時限配合，一般取0.7 s。高壓側的過電流保護主要作主變主保護（重瓦斯、差動保護）的近后備保護，同時還作為低壓側過電流保護的遠后備保護，其電流采樣取自主變的高壓側電流互感器，動作時限一般取1.0 s。過電流保護的電流定值按主變的額定電流整定。實踐中，為提高保護動作的靈敏度，高、低壓側過電流保護均采用低電壓啟動的方式，電壓采樣均取自主變的低壓側母線電壓互感器，其定值按母線最低工作電壓整定。低電壓啟動過電流保護的電流、電壓整定公式如下：

其中：IACT-過電流保護定值；IN-額定電流；KK-可靠系數；KF-返回系數其中：UACT-低電壓啟動定值；Umin-母線最低工作電壓保護方案邏輯框如圖1所示。

圖1 主變低壓啟動過電流保護邏輯圖

2 主變低壓側過流保護動作的原因分析

2.1 主變低壓側母線設備故障

典型案例一：X年X月X日02：02：05，京滬線XX變電所1#主變低壓側201bDL低壓啟動過流保護跳閘。IA：296 A，IB：868 A，IC：1 164 A，Ia：60 A，Ib：4380 A，Ua：27.47 kV，Ub：0.65 kV。

02：04 對201bDL進行試送電失敗。

02：05 值班員匯報聽到高壓室內有巨大聲響。

02：23 值班員匯報饋線218DL手車本體電流互感器炸裂，造成分間網柵緊固鋼條崩開搭掛在b相母線上。

02：28 將搭接在母線上的鋼條取下并將218DL手車拉至試驗位后恢復供電。

典型案例二：X年X月X日23：07，滬蓉線XX變電所3#主變低壓側201bDL低壓啟動過流保護跳閘。IA：12 A，IB：812 A，IC：800 A，Ia：96 A、Ib：6 768 A；Ua：26.74 kV、Ub：1.31 kV。

23：12 值班員確認所內未發現設備異常后，試送201bDL成功，恢復正常供電。

值班員再次巡視發現主變低壓側管型母線下方有死蛇，該起故障的原因是蛇由母線隔離開關支柱爬往母線的過程中短路放電。

低壓側母線設備故障是引起主變低壓側低壓啟動過電流保護的常見原因。通過上述典型故障的保護數據可以看出，由于是近端發生短路，故障相的電壓很低，電流很大。

母線故障引起的過電流保護動作處置時不得盲目強送，以免擴大事故，應首先通知值班員巡視母線及與母線連接的相關設備。故障時由于伴有有強烈的聲光電現象，值班員通過巡視即能發現故障點。

樞紐地區牽引變電所饋出回路多，母線故障時因組織越區及恢復倒閘時間長、對運輸能力影響也大，故對于故障點已查明的，處置時需避免采取越區供電的方案，應立即組織搶修恢復母線絕緣。對母線絕緣難以在短時間內恢復的區間變電所可組織越區供電。

2.2 饋線故障造成越級跳閘

典型故障一：X年X月X日03：00：02京滬高鐵XX變電所211DL距離一段動作跳閘，重合閘失敗。

03：00 ：10腰鋪變電所2#主變低壓側α相202DL低壓啟動過流保護動作。IA：522 A，IB：2.6 A，IC：519.4 A，Ua：32.64 kV（折算二次值為59.3 V），Ub：54.41 kV，Ia：4 396.1A，Ib：16.2 A。

03：07 試送202DL成功，試送211、212饋線斷路器正常。

05：49 網工區巡視發現上行線1458#支柱AF線絕緣子斷裂，AF線懸在空中。

該起故障的直接原因是212饋線F線絕緣子遭雷擊短路（距離牽引所約28 km），212DL保護裝置因電流采樣回路N421/X4：9端子接觸不良造成保護拒動，211DL動作后無法切除故障造成主變低壓側過流保護后備動作。

典型故障二：X年X月X日06：09：36京滬高鐵XX牽引所3#主變低壓側203DL過流保護動作，Ua：34.3 kV（折算二次值為62.4 V），IA：710 A、IB：710 A、Ia：5975 A、Ib：25 A。

6：13 試送203DL正常，試送各饋線正常。

查詢故障報文發現203DL跳閘前后227饋線保護裝置有過流保護啟動（未出口）及返回記錄。該故障的直接原因是227饋線281#支柱絕緣子遭雷擊，故障時由于203DL所供母線饋出的11條供電臂有十數列動車組在運行，雷擊及動車組負荷共同作用造成故障電流的二次諧波含量達到24.9%，閉鎖了227保護裝置的過流保護出口，主變低壓側過流保護后備動作。

典型故障三：X年X月X日19：32：39京滬高鐵XX牽引所2#主變低壓側202DL過流保護跳閘，Ua：26.99 kV（折算二次值為49.09V），Ia：5150A。故障測距裝置啟動,故標22.54km，牽引變電所、AT所、分區所吸上電流分別為156 A、2 033 A、1 998 A。

查詢故障報文發現211、212饋線保護裝置在202DL動作前后有阻抗一段、高阻接地保護的啟動和返回事件記錄。該故障的直接原因是供電臂末端的接地短路，由于饋線保護裝置PT斷線的閉鎖電壓設置60 V（一般設置為30 V），不合理，造成故障時阻抗一段保護啟動后被PT斷線閉鎖。高阻一段保護因延時2 s，大于主變低壓側過電流保護動作時間，過電流保護動作后，高阻一段保護返回。

饋線故障造成越級跳閘引起的過電流保護動作與母線設備故障相比，最大的差異在于母線殘壓較大。其次，故障饋線保護裝置通常有動作記錄或保護啟動與返回事件記錄。對于此類故障可以在安排值班員巡視相關母線設備后，斷開各饋出線后組織主變低壓側斷路器試送，成功后再依次閉合各饋出線，找出故障線路。

2.3 保護裝置采樣電壓異常

典型故障一：X年X月X日23：45京滬線XX變電所因處理1#主變低壓側母線斷股缺陷由1#系統切換至2#系統運行，主變倒切后所內報“2#變β相PT斷線”，檢修人員未及時處理。次日6：40、7：05、7：18、10：16該牽引所2#主變低壓側202bDL多次過電流動作，Ib電流在13 00 A左右，值班員觀察所內低壓側母線電壓正常。10：17撤除2#變β相過流及高壓側三相過流保護后送電正常。11：48更換2#變后備保護裝置電壓采樣模塊后β相PT斷線故障消失，投入過流保護運行正常。

典型故障二：X年X月X日10：28滬昆高鐵XX牽引所主變低壓側204DL過流保護跳閘，Ub：1.41 kV、Ib：2 327 A。10：30試送204DL成功。檢查SCADA界面12YHT，11YHF電壓顯示均僅有1.8 kV，所內檢查設備發現母線壓互二次側空氣開關不明原因分閘。

電壓回路故障導致的保護裝置電壓采樣異常，如高壓側熔斷器熔斷、二次側電壓回路接觸不良等會出現“PT斷線”報警、母線電壓遙測值顯示異常等。

（200～250）km/h區段主變低壓側母線戶外布置的高鐵牽引所（如寧安、金溫高鐵，滬蓉線等）和普速區段牽引所，主變低壓側母線通常采用隔離開關分段的單母線接線形式，每段母線上皆設有電壓互感器，電壓互感器二次回路通過自動切換回路或轉換開關接入電壓小母線。300 km/h及以上區段高鐵牽引所主變低壓側采用GIS柜成套設備，單母線不分段，電壓互感器無備用。當出現“PT斷線”或電壓遙測顯示異常時，普速和（200～250）km/h區段高鐵牽引所應切換主用電壓互感器，300 km/h及以上區段高鐵牽引所則應立即安排人員處理。若已經出現主變低壓啟動過電流保護動作的情況應果斷撤除相關保護。

主變低壓側過流保護故障特征對比如表1所示。

表1 主變低壓啟動過電流保護典型故障原因及特征

3 主變高壓側過流保護的原因分析

主變高壓側過電流保護動作原因主要分為：①保護裝置電壓采樣異常。②主變內部或高壓側母線故障，瓦斯和差動保護拒動。③低壓側母線故障，低壓側過電流保護拒動。

目前牽引變電所的主變采用固定備用方式，且主變高壓側過電流保護動作時不能簡單地通過外觀巡視判明主變內部是否故障，所以高壓側過電流保護動作后原則上應采用投入備用主變的處置時方式。投入備用主變前，應巡視低壓側母線及確認電壓互感器電壓采樣正常。

4 主變低電壓啟動過電流保護故障處置流程（見圖2）

圖2 主變低壓啟動過電流保護處置流程圖

5 結束語

本文對主變過電流保護動作的典型故障進行了梳理分析，針對不同起因制定相應的處置預案，為鐵路供電運行管理人員準確判明性質、快速處理故障、及時恢復供電提供有益的參考。

[1]孫金華,陳敬鋒．牽引變電所饋線保護裝置拒動事件分析．電氣化鐵道, 2012,（5）.

責任編輯：王 華

來稿日期：2017-02-21