李 超

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 概述

隨著我國電氣化鐵路的不斷發(fā)展，供電安全與供電可靠性引起線路故障時常發(fā)生，從而導(dǎo)致運輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也受到影響。本文以檸條塔牽引變電所饋線保護(hù)過流Ⅱ段跳閘為切入點，分析探討跳閘故障的相關(guān)原因，提出相關(guān)解決措施，提升鐵路線路的供電能力[1-3]。

紅檸鐵路為地方運煤鐵路，自紅柳林站至神木西站全長43.23 km，為單線電氣化鐵路。線路東端與神木北至延安鐵路的紅柳林站接軌，線路西端于神木西站與包西鐵路接軌。全線設(shè)紅柳林、張家峁、檸條塔、侯家母、神木西五座車站。

全線采用帶回流線的直接供電方式，設(shè)檸條塔牽引變電所一座。檸條塔牽引變電所采用兩回110 kV電源進(jìn)線，一主一備，所內(nèi)設(shè)兩臺110/27.5 kV三相V，v結(jié)線變壓器，容量為 2×(16+10）MVA，16 MVA對應(yīng)檸條塔至神木西供電臂，10 MVA對應(yīng)紅柳林至檸條塔供電臂[4-6]。

全線接觸網(wǎng)采用簡單鏈型懸掛方式，正線導(dǎo)線組合為JTM-95+CTS120，站線導(dǎo)線組合為JTMH-70+CTS85，回流線采用LBGLJ-185，供電線采用2×LBGLJ-185，檸條塔至侯家母區(qū)段設(shè)有LBGLJ-185的加強(qiáng)導(dǎo)線，架空地線采用LBGLJ-70導(dǎo)線[7]。

2 跳閘事故

2018年11月18日20時06分，1號饋線出現(xiàn)過流Ⅱ段跳閘(重合閘成功）。經(jīng)了解，1號饋線同時有兩列重載列車運行，電流值見表1。

表1 1號饋線電流值A(chǔ)

3 事故基本情況分析

3.1 牽引供電系統(tǒng)簡況

紅檸鐵路全長約43 km，為單線電氣化鐵路。于檸條塔站設(shè)牽引變電所一座，為全線供電，牽引變壓器采用110/27.5 kV三相V，v結(jié)線方式，變壓器容量為2×(16+10）MVA。16 MVA對應(yīng)檸條塔～神木西供電臂，為213饋線(3號饋線）；10 MVA對應(yīng)檸條塔～紅柳林供電臂，為211饋線(1號饋線）。

3.2 事故情況分析

由于本線是運煤鐵路，首先從電氣化鐵路絕緣子積污狀況進(jìn)行研究分析，經(jīng)調(diào)查，跳閘事故前兩周，剛對全線絕緣子進(jìn)行了清洗，不存在絕緣子積污放電跳閘的可能性。從供電能力角度分析，紅檸鐵路重車方向為連續(xù)13‰上坡，目前采用單列HXD1B電力機(jī)車(牽引總功率9 600 kW），負(fù)責(zé)4 500 t及以下的貨運列車作業(yè)，雙機(jī)HXD3B電力機(jī)車(牽引總功率2×7 200 kW），負(fù)責(zé)5 100～5 400 t的貨運列車作業(yè)[8]。2018年11月18日，共9列重車，其中5列單機(jī)牽引，4列雙機(jī)牽引；2018年11月20日，共9列重車，其中1列單機(jī)牽引，8列雙機(jī)牽引。目前紅檸鐵路牽引供電負(fù)荷已遠(yuǎn)超過原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的單機(jī)SS4電力機(jī)車的牽引負(fù)荷[9]，以HXD3B雙機(jī)電力牽引為例，2×7 200 kW=14.4 MW，一列貨車的牽引負(fù)荷便使10 MVA的變壓器處于過負(fù)荷運行狀態(tài)?，F(xiàn)狀已充分利用變壓器的2倍過負(fù)荷能力，在列車發(fā)車間隔較大時可滿足運輸需求(含1列重車+1列空車）。但是如果持續(xù)兩列雙機(jī)牽引列車運行，其牽引總功率為 2×2×7 200 kW=28.8 MW，將遠(yuǎn)超變壓器的2倍過負(fù)荷，此時就需要考慮對變壓器進(jìn)行增容改造[10]。

事故發(fā)生時，即有兩列雙機(jī)牽引列車通過，導(dǎo)致過流Ⅱ段保護(hù)動作。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查:1號饋線的過流Ⅱ段保護(hù)定值為5.2 A，一次電流為5.2×160=832 A。但是過流Ⅱ段的低壓啟動條件未啟動。所以可以初步推斷此次跳閘是一次過負(fù)荷跳閘。

現(xiàn)場調(diào)查的主變的過負(fù)荷保護(hù)定值如下:

(1）200%過負(fù)荷為4.49 A，相應(yīng)一次電流為4.49×160=718.4 A；

(2）300%過負(fù)荷定值為5.99 A，相應(yīng)一次電流為5.99×160=958.4 A。

均已達(dá)到變壓器2倍、3倍過負(fù)荷的上限，而變壓器并未出現(xiàn)過負(fù)荷跳閘[11]。

原饋線保護(hù)定值整定情況如下[12]:

(1）1號饋線最大負(fù)荷電流為499 A，但是過負(fù)荷保護(hù)定值為5×160=800 A，兩者不一致；

(2）3號饋線最大負(fù)荷電流為1 131A，但是過負(fù)荷保護(hù)定值為5×160=800 A，兩者不一致；

(3）1號饋線過流保護(hù)動作電流，其Ⅱ段動作電流為5.2×160=832 A，但是未啟動低電壓閉鎖條件；

(4）調(diào)查近期的211饋線的日電流曲線，一般最大電流為620 A以下，并未長期出現(xiàn)854 A及以上的牽引工況。過流Ⅱ段的動作電流為832 A，而且未啟動低電壓閉鎖條件。

目前饋線保護(hù)定值見表2。

表2 饋線保護(hù)定值

以目前的負(fù)荷情況，以上饋線整定值已經(jīng)不合理，不滿足目前負(fù)荷的要求，需要進(jìn)行調(diào)整。

4 解決措施及建議

4.1 對定值進(jìn)行調(diào)整

(1）按變壓器允許的最大過負(fù)荷能力對過流重新進(jìn)行整定，并且啟動低電壓閉鎖條件。

過流Ⅱ段:

按2.0倍的變壓器額定電流進(jìn)行調(diào)整，即最大負(fù)荷電流取2×363.64=727.3 A，過流Ⅱ段保護(hù)動作電流設(shè)定為:

同時開啟過流Ⅱ段保護(hù)低壓閉鎖條件。

(2）根據(jù)變壓器允許的最大過負(fù)荷能力對過負(fù)荷保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整。

調(diào)整過負(fù)荷整定值為:

并設(shè)置5 s后告警功能。

(3）根據(jù)以上計算，饋線定值調(diào)整結(jié)果如下:

211饋線的過負(fù)荷保護(hù)、電流速斷、過流保護(hù)Ⅱ段的一次電流表見表3。

表3 211饋線一次電流值

調(diào)整后的饋線保護(hù)定值見表4。

表4 調(diào)整后的饋線保護(hù)定值

此番調(diào)整實際為調(diào)大了饋線的過負(fù)荷跳閘動作電流，當(dāng)供電臂電流大于727.3 A時，饋線過負(fù)荷告警；當(dāng)供電臂電流大于872.76 A時，由變壓器的過負(fù)荷保護(hù)跳閘。這只是權(quán)宜之計，如果仍然存在兩列重車連續(xù)運行的情況，將引起變壓器的過負(fù)荷跳閘。

4.2 合理優(yōu)化運輸組織

目前，紅檸鐵路每天運行9對列車，如果按每天12～18個小時組織運輸，平均每0.5～1 h通過1對列車，如果運輸組織合理，便可避免兩列重車同時出現(xiàn)于檸條塔至紅柳林供電臂內(nèi)，在充分利用變壓器過負(fù)荷能力的情況下，可避免因牽引負(fù)荷過重引起饋線跳閘，從而導(dǎo)致運輸中斷。

4.3 永久解決措施建議

原設(shè)計運輸能力，初期(2013年）年運量為1 700萬t，遠(yuǎn)期(2018年）年運量為2 900萬t。根據(jù)目前調(diào)查的情況，如果2019年運量達(dá)到2 500～3 000萬t，便已達(dá)到原設(shè)計文件中描述的遠(yuǎn)期運量。結(jié)合目前紅檸鐵路連續(xù)大坡道、雙機(jī)HXD3B牽引及兩列重車連續(xù)追蹤的情況，需要對原設(shè)計的牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行供電能力分析校核，根據(jù)校核結(jié)果對牽引變電所、接觸網(wǎng)進(jìn)行供電能力提升改造。

5 結(jié)束語

隨著紅檸鐵路運量的提升，牽引機(jī)車類型的變化，原設(shè)計的牽引供電系統(tǒng)能力逐漸不能滿足現(xiàn)在的供電負(fù)荷需求。在運量還未大量增加時，可采取調(diào)整牽引變電所整定值、合理優(yōu)化運輸組織方案等臨時措施，通過透支牽引供電系統(tǒng)過負(fù)荷能力，滿足暫時的供電負(fù)荷需求。但隨著運量進(jìn)一步提升，紅檸鐵路將會開行萬噸列車。到那時，目前的牽引供電系統(tǒng)從系統(tǒng)容量、系統(tǒng)載流、未端網(wǎng)壓等方面，均無法滿足紅檸鐵路全線開行萬噸列車的要求。要想達(dá)到運量增加后開行萬噸列車的需求，必須對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行能力提升改造，方能保證紅檸鐵路運輸暢通的目的。