孟必強(qiáng)

（大秦鐵路股份有限公司 大同西供電段，山西大同037005）

近年來(lái)，大秦線牽引變電所饋線多次發(fā)生近端短路大電流跳閘故障，對(duì)供電設(shè)備造成了很大的危害，同時(shí)給運(yùn)輸生產(chǎn)造成極大影響，經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失。為此，研究牽引變電所饋線保護(hù)對(duì)改善牽引變壓器運(yùn)行條件有著重要作用，對(duì)提高牽引供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性，保證鐵路運(yùn)輸安全意義重大。

1 近端短路典型事故案例分析

近年來(lái)大秦線牽引變電所發(fā)生的近端短路典型事故案例，如表1。

表1 近年來(lái)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(kāi)關(guān)跳閘時(shí)主變差動(dòng)或瓦斯保護(hù)同時(shí)啟動(dòng)，饋線開(kāi)關(guān)合閘或重合閘到近端短路故障點(diǎn)上，大電流沖擊導(dǎo)致主變壓器（以下簡(jiǎn)稱主變）內(nèi)部故障。

2007－12－09湖東變電所跳閘原因是湖東站重車場(chǎng)電力機(jī)車受電弓故障引起接觸網(wǎng)近端短路，造成饋線265斷路器速斷動(dòng)作，幾次大電流沖擊引起2＃主變燒損故障。跳閘后檢查發(fā)現(xiàn)變壓器瓦斯繼電器內(nèi)有氣體。對(duì)瓦斯繼電器內(nèi)氣體、變壓器內(nèi)部絕緣油取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果油中一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、總烴、氫氣含量嚴(yán)重超標(biāo)。檢查變壓器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)絕緣包扎炸開(kāi)散亂，變壓器分接開(kāi)關(guān)故障，不能投入運(yùn)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(dāng)時(shí)該地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)雷雨天氣，從故障標(biāo)示數(shù)據(jù)看故障點(diǎn)距變電所較近，只有1.18km，211開(kāi)關(guān)跳閘短路電流較大，瞬時(shí)大電流使主變內(nèi)部T座繞組發(fā)生故障引起重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。跳閘后進(jìn)行高壓試驗(yàn)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(shù)據(jù)比較同一溫度下變化達(dá)到108%（標(biāo)準(zhǔn)為2%），嚴(yán)重超標(biāo)。變壓器廠家技術(shù)人員確認(rèn)此變壓器T座線圈內(nèi)部故障，變壓器不能繼續(xù)運(yùn)行。更換了一臺(tái)新75MVA變壓器。

2009－11－04翠屏山變電所跳閘原因?yàn)檎緢?chǎng)供電線跨越接觸網(wǎng)施工時(shí)，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(qiáng)送211斷路器時(shí)6 777A的短路電流再次對(duì)主變?cè)斐蓻_擊，使變壓器內(nèi)部繞組發(fā)生故障，引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。跳閘后高壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(jié)果油中有電弧放電。打開(kāi)變壓器內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器由于受到短路電流電動(dòng)力造成引線、線圈變形，不能繼續(xù)投入運(yùn)行。更換了一臺(tái)新75MVA變壓器。

2 近端短路故障對(duì)變電所電氣設(shè)備的危害

變電所饋線發(fā)生近端短路故障時(shí)保護(hù)啟動(dòng)斷路器跳閘后，饋線重合閘動(dòng)作。如果是永久性故障，開(kāi)關(guān)會(huì)重合到故障線路上，再次啟動(dòng)保護(hù)跳閘。主變?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)經(jīng)受多次大短路電流的沖擊，嚴(yán)重威脅到主變運(yùn)行安全。

供電線路短路時(shí)，短路沖擊電流通過(guò)牽引變電所電氣設(shè)備，產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，除對(duì)主變?cè)斐晌：ν?，?duì)變電所其他電氣設(shè)備和母線絕緣子等設(shè)備的安全運(yùn)行也產(chǎn)生極大的危害，致使設(shè)備遭到嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致?tīng)恳╇娤到y(tǒng)癱瘓，中斷供電。

變電所饋線發(fā)生近端短路故障后短路電流很大，如果此時(shí)閉鎖重合閘，進(jìn)一步查明故障原因后再送電可以避免故障升級(jí)，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(hù)設(shè)置大電流閉鎖重合閘

對(duì)牽引變電所發(fā)生的近端短路大電流跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，提出在變電所饋線保護(hù)上設(shè)置大電流閉鎖重合閘的功能，避免開(kāi)關(guān)重合在故障點(diǎn)的情況，以降低近端短路電流對(duì)主變的危害。以大秦鐵路為例，針對(duì)各個(gè)綜合自動(dòng)化設(shè)備廠家的饋線微機(jī)保護(hù)裝置，制定不同的大電流閉鎖重合閘方法。

國(guó)電南自動(dòng)化設(shè)備的牽引變電所饋線微機(jī)保護(hù)裝置控制字里有大電流閉鎖重合閘的功能?？刂谱种型度氪斯δ埽Ｗo(hù)定值中輸入大電流閉鎖重合閘電流定值即可實(shí)現(xiàn)。饋線既有保護(hù)定值不變，當(dāng)阻抗保護(hù)、電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)，若短路電流達(dá)到設(shè)定的大電流定值，則閉鎖重合閘。若短路電流未達(dá)到設(shè)定的大電流定值，阻抗保護(hù)、電流速斷保護(hù)動(dòng)作，不閉鎖重合閘。

天津凱發(fā)的牽引變電所饋線微機(jī)保護(hù)裝置不同類型保護(hù)的重合閘可以單獨(dú)投退，設(shè)置電流速斷保護(hù)不啟動(dòng)重合閘即可實(shí)現(xiàn)大電流閉鎖重合閘功能，將既有電流速斷保護(hù)電流定值設(shè)置為閉鎖重合閘電流定值。設(shè)置后電流速斷保護(hù)動(dòng)作后閉鎖重合閘，阻抗保護(hù)不閉鎖重合閘。

北京國(guó)際控制有限公司的牽引變電所饋線微機(jī)保護(hù)裝置不能直接設(shè)置大電流閉鎖重合閘，要求廠家重新開(kāi)發(fā)了牽引變電所饋線大電流閉鎖重合閘的程序，使用新程序?qū)⒓扔斜Ｗo(hù)裝置的程序進(jìn)行刷新后實(shí)現(xiàn)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(qū)所不檢壓重合閘改進(jìn)

如圖2，牽引變電所上下行饋線在供電臂末端通過(guò)分區(qū)所斷路器實(shí)現(xiàn)并環(huán)運(yùn)行。當(dāng)變電所饋線故障211斷路器跳閘時(shí)，分區(qū)所斷路器241同時(shí)跳閘，將故障線路切除。正常情況下，變電所和分區(qū)所開(kāi)關(guān)跳閘后會(huì)重合一次，如果是瞬間故障將自動(dòng)恢復(fù)對(duì)接觸網(wǎng)線路的供電。

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

如果遙控或手合分區(qū)所閉環(huán)斷路器強(qiáng)送電，會(huì)造成一定的送電延時(shí)。為縮短停電時(shí)間，盡可能減少對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊?，?duì)設(shè)置了大電流閉鎖重合閘功能供電臂的分區(qū)所并聯(lián)斷路器重合閘條件有必要進(jìn)行修改，實(shí)行不檢壓重合閘，且將分區(qū)所斷路器重合閘延時(shí)由3.5s調(diào)整為4s，變電所2s不變。

取消分區(qū)所并聯(lián)斷路器檢兩路有壓重合閘條件，實(shí)行不檢壓重合。供電線路故障中，如果是瞬時(shí)性故障，變電所和分區(qū)所跳閘后都會(huì)重合成功；如果是永久性故障，變電所故障一側(cè)饋線211跳閘后閉鎖重合閘或重合失敗，分區(qū)所241跳閘重合于故障點(diǎn)時(shí)，由于分區(qū)所斷路器阻抗保護(hù)動(dòng)作時(shí)限0.25s，變電所饋線阻抗Ⅱ段動(dòng)作時(shí)限0.5s，所以分區(qū)所241保護(hù)會(huì)先于變電所212啟動(dòng)跳閘切除故障，不會(huì)影響另一側(cè)饋線正常供電。

如果變電所饋線上、下行、分區(qū)所并聯(lián)斷路器同時(shí)跳閘，上、下行重合失敗，分區(qū)所斷路器會(huì)在上、下行線路均無(wú)電的情況下自動(dòng)重合一次，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將分區(qū)所并聯(lián)斷路器遙控或手動(dòng)分閘，也不會(huì)造成影響。

實(shí)施大電流閉鎖重合閘和分區(qū)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(shí)中斷供電，可有效的降低大短路電流對(duì)主變的沖擊，從而改善主變的運(yùn)行環(huán)境，防止近端沖擊電流導(dǎo)致主變內(nèi)部故障，提高變壓器運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了改善主變壓器運(yùn)行條件，在牽引變電所設(shè)置饋線大電流閉鎖重合閘的方案，不增加設(shè)備，不增加投資，只需修改饋線保護(hù)設(shè)置或修改保護(hù)裝置程序即可，方法簡(jiǎn)單可行。2010年在大秦線、北同蒲線各牽引變電所饋線保護(hù)均設(shè)置了大電流閉鎖重合閘功能，同時(shí)相應(yīng)的對(duì)分區(qū)所的閉環(huán)斷路器重合閘設(shè)置為不檢壓重合閘。經(jīng)過(guò)近一年來(lái)的運(yùn)行檢驗(yàn)，運(yùn)行情況良好，再未發(fā)生過(guò)一起由于合閘到近端短路的線路上而導(dǎo)致的主變開(kāi)關(guān)跳閘或主變內(nèi)部故障的事件，有效的改善了牽引變電所主變壓器的運(yùn)行環(huán)境，提高了牽引變電所供電可靠性。