鄭西高鐵非電量保護誤動分析

張 明

（中國鐵路鄭州局集團有限公司 洛陽供電段，高級技師，河南 洛陽 471OOO）

0 前言

全并聯AT供電方式在高速鐵路及客運專線的應用日益廣泛，其牽引變電所、分區所及AT所內的牽引變壓器和AT自耦變壓器均設有瓦斯保護、壓力釋放及超溫保護，在運行中由于外界環境的干擾，再加上本體保護裝置自身的缺陷，鄭州至西安高鐵（以下簡稱鄭西高鐵）自從開通以來，已出現10次非電量保護動作，其中以2019年1月11日閿鄉變電所3#B超溫誤動作最為嚴重，巡視牽引變壓器溫度正常、203DL跳閘，嚴重干擾了高鐵運輸秩序，影響5列高鐵列車運行。

1 非電量保護工作原理

牽引變壓器及AT自耦變壓器利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質。當變壓器內部發生短路故障時，故障點局部產生高溫，使油溫升高體積膨脹，甚至沸騰，油內溶解的空氣就會被排出變成氣泡上升；故障點產生電弧，使絕緣物和變壓器油分解而產生大量的氣體。利用這種氣體來實現保護的裝置，稱為瓦斯保護。

牽引變壓器利用油面溫度計及溫控器，用來監控變壓器頂層油溫。溫度計的原理是基于密閉測溫系統內蒸發液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的線性關系，而進行溫度測量的。當溫包感受到溫度變化時，密閉系統內飽和蒸氣產生相應的壓力，引起彈性元件曲率的變化使其自由端產生位移，再由齒輪放大機構把位移變為指示值，并且可以輸出（4～20）mA信號。金屬套管內埋設有3線制Pt 100熱電阻溫度計，可實現溫控器溫度值與后臺之間的遠傳。

非電量保護裝置由本體保護插件和操作插件組成。本體保護插件主要有本體瓦斯保護回路，壓力保護、超溫保護回路。操作插件有手動跳合閘回路，斷路器跳閘回路，斷路器合閘回路，防跳回路，壓力監視回路，信號回路。

當出現冷卻系統故障、變壓器過負荷、變壓器鐵心故障和變壓器繞組故障等現象時，都會引起變壓器溫度升高，當溫度超過允許值時，超溫跳閘繼電器動作。

2 非電量保護動作檢查情況

2019年1月11日閿鄉變電所3#B非電量誤動作后的檢查方法及試驗結果如下：

1）首先認真細致檢查變壓器外觀有無變形、異?，F象。

2）檢查二次回路接線，確認直流系統是否有直流接地，絕緣降低等報警信息。

3）檢查牽引變壓器溫控器狀態有無異常及其溫度定值是否正確。

4）檢查牽引變壓器的油位有無異常，油枕狀態是否正常，檢查牽引變壓器熱油有無膨脹空間，檢查牽引變壓器散熱器閥門是否打開。

5）檢查變壓器的歷史記錄，是否近期進行過注油、濾油作業，油枕排氣是否徹底及油位指示有無異常，檢查牽引變壓器有無壓力增加及其壓力釋放信息等現象。

6）檢查牽引變壓器呼吸系統是否暢通，吸濕器有無堵塞情況。

7）抽取油樣做油色譜分析，對油樣進行分析，其結果（見表1）。

（8）對3#B主變繞組進行介損和電容測試，同時對3#B溫度保護二次電纜進行絕緣檢查、及對電纜溝及電纜夾層內高低壓電纜敷設情況進行了檢查，發現電纜溝內控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，電纜狀態良好，無接地及絕緣下降情況，綜合判斷為超溫保護誤動作

表1 1.3#B主變油溶解氣體組分量色譜分析結果μL·L1

3 非電量保護動作原因分析

牽引變壓器采用的是天津凱發公司生產的DK3532本體保護裝置，該裝置的動作原理見圖1。

圖1 非電量保護原理圖

圖1中非電量接點是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點、溫控器的溫度二段接點及壓力釋放裝置的微動開關接點，DK3532是DK3532本體保護裝置，ZJ是重動中間繼電器。當牽引變壓器的非電量保護動作時，既瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動作時，非電量裝置常開接點閉合，DK3532本體保護裝置正電源+KM經非電量常開接點進入DK3532本體保護裝置中的重動中間繼電器ZJ后，不經判斷延時，而直接驅動斷路器跳閘線圈至負電源-KM,直接使斷路器跳閘。

3.1二次原理設計缺陷對天津凱發公司DK3532本體保護裝置原理圖分析發現，非電量保護動作不符合《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》規定，裝置不經重動中間繼電器ZJ附加判斷，直接啟動斷路器動作跳閘。應將可能引起兩個及以上的斷路器動作跳閘的開入量，經抗干擾重動中間繼電器ZJ判斷后，即重動中間繼電器ZJ動作后，其接點閉合開入，使其斷路器動作跳閘。

3.2重動中間繼電器選擇不良天津凱發公司DK3532本體保護裝置內采用的重動中間繼電器型號為DSP1 24 V，經查該型號重動中間繼電器啟動功率僅為2 W多，不符合《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》關于“裝置中的抗干擾的重動中間繼電器的啟動功率大于5 W，動作電壓在額定直流電源電壓的55～65%Ue范圍內，額定直流電源電壓下動作時間為10 ms—35 ms”的規定。

3.3二次控制電纜布置不當高鐵牽引變電所的牽引變壓器設在室外，距離控制室比較遠，其二次電纜從牽引變壓器的端子箱到控制室監控屏要經過電纜溝及電纜夾層，由于前期施工未嚴格按工藝要求施工。造成控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，以及電纜芯線之間及芯線對地之間的分布電容作用，使非電量保護表現為導通狀態，從而造成非電量保護裝置DK3532動作。

3.4門檻動作電壓過低DK3532本體保護裝置內的重動中間繼電器動作電壓僅為24 V，極易引發誤動。如在非電量保護回路中，由于非電量保護的接點Kl設在牽引變壓器本體上，距離控制室保護測控盤較遠，敷設的二次電纜較長，再加上施工不規范造成的電纜溝內控制電纜、低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，導致二次電纜處在強電、強磁場運行環境之中極易受到電磁干擾產生大于24 V感應電壓導致誤動；此外，還因控制電纜選型與設計圖圖紙嚴重不符，沒有采用屏蔽電纜，在惡劣的環境中其保護回路中往往會感應出較強的干擾信號(一般幅值大于24 V，在嚴重短路等事故環境下，感應電壓可能會更高)，也會引起DK3532保護測控裝置誤動作。例如鄭西高鐵的楊窯AT所1#AT及馬蹄溝AT所2AT在未運行的情況下，保護測控裝置自從2010年開通以來多次報壓力釋放動作信息，經過多次檢查自耦變壓器狀態良好，油樣分析正常符合規程規定，對自耦變壓器進行絕緣試驗，絕緣良好，最終分析判定故障為門檻動作電壓低導致保護誤動所致。

4 高鐵變壓器非電量保護改進措施

4.1選擇符合要求的重動中間繼電器借鑒地方供電局220 KV變電站的經驗及根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求，選擇使用性能質量達標的非電量保護的重動中間繼電器，即重動中間繼電器主要參數符合啟動功率不小于5 W、動作電壓不小于55～65%Ue、動作時間不小于10 ms的規定。經比選，確定改用JQX-5F繼電器作為重動中間繼電器。

4.2改造二次接線對二次接線進行改造，使其非電量保護的開入量均應經抗干擾的重動中間繼電器ZJ動作后,其重動中間繼電器ZJ的接點閉合后，斷路器才動作跳閘。其改造后的二次接線原理如圖2所示。

圖2 改造后的原理圖

圖2中非電量接點是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點、溫控器的溫度二段接點及壓力釋放裝置的微動開關接點，DK3532是DK3532本體保護裝置，ZJ是指重動中間繼電器，ZJ1、ZJ2是重動中間繼電器ZJ的常開接點，XJ是信號繼電器。當其牽引變壓器的非電量裝置動作，如瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動作時，其非電量常開接點閉合，DK3532本體保護裝置正電源+KM經非電量常開接點進入DK3532本體保護裝置中的重動中間繼電器ZJ后，重動中間繼電器ZJ動作，經大約10 ms～35 ms的延時后，其常開接點ZJ1、ZJ2閉合，由重動中間繼電器ZJ的常開接點ZJ1驅動斷路器跳閘線圈至負電源-KM,直接使斷路器跳閘。由重動中間繼電器ZJ的常開接點ZJ2，使信號繼電器受電動作，驅動DK3532本體保護裝置中的信號燈亮。這樣當有干擾信號進入到本體保護裝置中時，即使重動中間繼電器受電，但由于功率小于5 W時，重動中間繼電器ZJ也不能動作，既重動繼電器的常開接點ZJ1、ZJ2也不能可靠閉合。即使重動繼電器ZJ動作，由于干擾信號持續時間一般均小于10 ms，而重動中間繼電器的常開接點，動作延時為10 ms～35 ms，這樣就有效防止了因外部環境干擾，而使斷路器誤動作跳閘的可能。

4.3更換性能優良的本體保護插件對鄭西高鐵管內DK3532裝置本體保護插件進行更換，其更換后的本體保護插件滿足《電氣化鐵路自耦變壓器保護測控裝置技術條件》非電量跳閘回路如下要求：

1）回路的起動功率不應低于5 W；

2）回路的起動電壓值不應大于0.7倍額定電壓值，且不應小于0.55倍額定電壓值；

3）回路在額定直流電源電壓下的動作時間為10 ms～35 ms；

4)回路應具有抗220 V工頻電壓干擾的能力。

且非電量告警應滿足以下要求：

（a）非電量告警信號采用開入方式接入保護裝置，由保護裝置完成非電量告警及事件記錄；

（b）本體保護插件必須能接入輕瓦斯、溫度I段、油位異常非電量告警信號。

5 結束語

鄭西高鐵管內七座牽引變電所自從2019年2月1日改造完畢，至今運行良好，未出現非電量保護誤動作及誤報警情況，為高鐵的安全運行打下了堅實基礎及理論依據。