一起牽引供電設備高壓侵入低壓回路故障分析及處理

摘 ?要：針對一起鐵路牽引供電箱式分區所發生的高壓侵入低壓回路典型故障進行分析及處理，歸納總結此類供電方式中存在的風險和解決方案。

關鍵詞：箱式分區所;斷路器;隔離開關;接地電阻;電位

Abstract：this paper analyzes and deals with a typical fault of high voltage intrusion low voltage circuit in a railway traction power supply box partition，and sums up the risks and solutions existing in this kind of power supply mode.

Key words：box partition：circuit breaker：isolating switch：grounding resistance：potential

1.引言：

供電設備發生高壓侵入低壓回路故障是牽引供電系統較為嚴重的事件，往往故障波及的設備和范圍較大，造成的危害輕則燒損部分設備重則使所亭部分或全部退出運行，干擾正常的牽引供電，處理和恢復也很困難，更甚至對相關工作人員人身構成安全風險。本文就工作中遇到的一起牽引供電箱式分區所高壓侵入低壓回路的真實故障進行分析，找出實際運行生產中存在的問題，并針對問題提出整改方案并按方案完成整改，從整改后的運行情況看效果不錯。

2.發生高壓侵入低壓回路故障及分析

2.1發生故障概況：

某日夜間，京九線我段管內風雨交加，雷鳴電閃。YY變電所212跳閘，重合成功，過流出口，阻抗二段出口。電流1968A，電壓19283V，故標28.37;本文所述某箱式分區所無數據及報文。從變電所故標數值顯示在該供電臂未端即靠近某分區所。

2.2故障檢查情況：

對某故障箱式分區進行檢查發現：272間隔及2722、2721二次回路燒傷，從燒傷處多已炭化的情況看，明顯是由高壓放電所致。對箱式分區所內高壓設備檢查未發現有燒損或放電跡象，進而檢查相關聯的2721、2722上網隔離開關。發現2722隔離開關操作機構箱內包括引入的低壓器件及電纜已燒毀，檢查開關及機構箱外表與固定支架和接地情況，進一步發現了是由隔離開關高壓引線對開關底座槽鋼的一個突出角有明顯放電痕跡，初步判斷是一起典型的高壓侵入低壓故障。

2.3故障原因分析

上述高壓引線對開關底座槽鋼放電處僅憑肉眼觀察，絕緣距離大于300mm符合規定，多年的運行也沒出現問題。但在故障發生時段，環境的惡劣使空氣絕緣弱化，開關與接觸網的高壓引線較長，大風下的擺動可縮短引線與開關底座伸出的槽鋼間距，加之雷擊引起的過電壓使該處絕緣擊穿造成高壓對開關構架放電是較為合理的解釋，同時該開關當時處于分位，故接在開關引向分區所側的避雷器未起作用。放電時的高電壓分兩路入地，一路通過開關金具接地線入地;一路通過開關垂直傳動桿致機構箱箱體入地，此兩路接入的是同一接地體。

之后對相關設備做進一步檢查測試，箱式分區所高壓設備試驗均正常，測試箱式分區所地網接地電阻值為2.1Ω，在2722電動隔離開關處，實測接地電阻值為9.2Ω，符合不大于10Ω的規定。

由上述檢查和測試結果可知，在2722電動隔離開關高壓放電瞬間，因接地電阻的存在，開關本體及其機構箱體對地必將產生電位。高壓入地分為二路，一路是通過隔離開關本體及其機構箱箱體安裝金具直接入地，另一路是通過裝設在機構箱體內的低壓電纜接入箱式分區所272間隔二次回路。也就是隔離開關機構箱體通過機構箱內低壓設備絕緣→低壓電纜→箱式分區所272間隔二次回路絕緣→箱式分區所地網，即通過隔離開關與箱式分區所二次（低壓）回路的絕緣接分區所有地網。同時低壓電纜的鎧層雖僅在箱式分區所側接地，在隔離開關機構箱內懸空，但鎧層的較低絕緣進一步降低了機構箱體對分區所地網的整體絕緣。

由上簡略等效電路圖可知，2722隔離開關機構箱體對地相關聯的兩個支路，可以看作是兩個不同阻值的電路構成的由隔離開關箱體對地的并聯電路。因2722隔離開關與箱式分區所的接地電阻值不同，在此可將2722隔離開關機構箱體對地電阻值視為R1’+R1，則R1’+R1=9.2Ω，設R1=R2=2.1Ω，則R1’=7.1Ω。如此，在簡略等效電路圖中的R1、R2與R1’、R3、R4、R5間便可認為有了一條接地等位線。在發生隔離開關高壓引線對開關底座槽鋼的放電瞬間，若簡化忽略接觸網的漏電流及機車取流、線路電抗等因素，則故障電流在R1’上的壓降約為1400V。如此高的電壓也同時也加在了R3、R4、R5構成的隔離開關與箱式分區所二次（低壓）回路上。

當正常情況下，機構箱體僅承受線路附近的感應電位，其產生的感應電流很小，通過接地體的作用下，機構箱體與地的電位可以不計。而由R2、R3、R4、R5構成的二次（低壓）電氣回路因相對足夠大的絕緣電阻，使之能夠在安全范圍內正常工作。當在隔離開關高壓引線對開關底座槽鋼的放電瞬間，隔離開關機構箱體對地便產生了一個很高的電位，此高電位將通過R3、R4、R5支路擊穿由隔離開關機構箱到272間隔二次回路構成的絕緣并形成高壓放電，即高壓電侵入二次（低壓）回路，并燒損了部分低壓設備，也損傷了交直流供電系統，導致該箱式分區所在一段時間內不得不退出了運行。

3.故障的處置和解決方案：

依據對故障箱式分區所的高壓侵入低壓故障的現場調查和分析，提出了對故障所的整改處置和解決方案，主要有以下幾個方面：

①對2722隔離開關底座安裝槽鋼伸出的多余部分切割去除（此處為放電點）進一步加大空氣絕緣距離。

②原2721、2722隔離開關裝設位置距離箱式分區所較遠（現場約1300m），將其改為手動開關，并使開關處在長合位，如此裝設在開關處的避雷器在線路遭遇雷擊過電壓時可發揮應有作用。

③在箱式分區所近處的高壓饋線引出桿塔裝設電動隔離開關，替換原上網隔離開關的作用，構架和金具與分區所接地網相連接。2711、2712隔離開關本就裝設距分區所很近，將接地與分區所接地網相連接。

④清理箱式分區所放電炭化痕跡，對燒損器件進行更換。

經上級的肯定和批準后，按提出的方案對故障箱式分區所進行整改和恢復。在整改和恢復后，不僅滿足正常運行條件，消除了上述不同接地電阻帶來的高壓放電時的電位差隱患問題。同時還收獲了另一個問題的改善：原2721、2722隔離開關裝設位置距離箱式分區所較遠，且地形較復雜，檢修作業和設備巡視對開關的狀態確認和檢查，都是比較困難的事，而整改后再無此問題。（此次整改的良好效果得到了包括局供電主管部門的充分肯定，也促使局供電主管部門決心對管內京九線其它分區所進行同樣整改。）

參考文獻

[1] ?賀威俊、簡克良，電氣化鐵道供變電工程，中國鐵道出版社

[2] ?陶乃彬，電氣化鐵道供變電技術（二次系統），中國鐵道出版社

[3] ?林永順，電氣化鐵道供變電技術（一次系統），中國鐵道出版社

[4] ?陳化鋼，電力設備預防性試驗方法及診斷技術，中國科學技術出版社

作者簡介：楊躍輝（1967.4），男，漢族，河南省信陽市平橋區羊山五街原機務段院內檢修車間，武漢局集團公司信陽供電段工程師。