牽引變電所備自投系統存在問題及解決方案

王漢兵

0 引言

電氣化鐵路牽引變電所承擔著為電力機車不間斷供電的重要任務，在鐵路安全運輸生產中處于非常重要的位置。因此，牽引變電所均要求具有雙電源、雙主變壓器（下文簡稱主變）固定備用，且具備自動投切功能。由于備自投系統涉及到大量的開關及其他機電設備，因此故障率較高。

幾年來，鄭州供電段發生了多次因供電電源失壓和主變故障而引起備自投系統動作失敗的事故。為了能夠弄清備自投系統存在的問題，并采取措施避免因自投失敗而造成的停電事故，本文對3 次自投失敗案例進行分析，并提出了目前牽引變電所備自投系統存在的問題及改進措施。

1 事故案例分析

（1）案例1。2010 年8 月13 日，鄭州鐵路局鄭州供電段獲嘉牽引變電所1#主變溫度重瓦斯動作跳閘，備自投系統啟動，執行失敗，造成全所停電20 min，中斷國內億噸煤運通道新月線上下行列車運行。事后分析，造成重瓦斯保護裝置動作的原因是暴雨天氣下1#主變溫度計密封不良，雨水進入溫度計內部，跳閘接點短路，而溫度計跳閘接點是與重瓦斯跳閘接點并聯在一起的，因此綜合自動化（下文簡稱綜自）設備上顯示的是瓦斯動作。該所接線圖見圖1。

圖1 獲嘉牽引變電所主接線圖

正常的自投程序應該是：1#電源經隔離開關1011 供1#主變運行，當1#主變故障時，斷路器101、201a、201b 跳閘后，自投系統對隔離開關1001 進行合閘，斷路器102、202a、202b 合閘后恢復供電。造成備用主變自投失敗的原因是：1#主變跳閘后，自投系統對跨條隔離開關1001 進行合閘操作失敗，究其原因是當地遠方轉換開關接點接觸不良，電動合閘的控制回路不通。

（2）案例2。2010 年2 月28 日，鄭州供電段淇縣變電所2#電源供2#主變運行，因供電電源失壓，引起電源備自投動作，2#系統所有開關分閘后，1#電源進線隔離開關、1#主變中性點隔離開關合閘后，自投動作停止。該所主接線圖如圖2 所示。

圖2 淇縣變電所主接線圖

正常的自投程序是：2#電源經隔離開關1021、斷路器102 給2#主變供電，經斷路器203、204、隔離開關2092 向牽引變電所母線供電，當2#電源失壓時，先由主變失壓保護裝置對斷路器102、203、204 進行跳閘，然后自投系統啟動，將隔離開關2092、1021 分閘，接著自投系統將隔離開關1011、1091、2091 合閘，最后將斷路器101、201、203合閘恢復供電。當時自投系統對1#主變中性點隔離開關1091 合閘后，給出隔離開關2091 合閘失敗提示后，程序終止。自投因隔離開關2091 未能合閘而失敗。事后檢查故障原因是隔離開關2091 電動操作機構箱內緩沖橡膠墊老化脫落，導致開關分閘角度偏大，行程開關沒有被壓緊，合閘控制回路不通。

（3）案例3。2009 年9 月30 日，鄭州供電段湯陰變電所2#主變因雷擊造成內部線圈故障，重瓦斯動作，斷路器跳閘后，自投系統啟動，提示分隔離開關2092 失敗，自投失敗，但實際上隔離開關2092 已經分開。湯陰變電所主接線與淇縣相同，自投程序也相同。此次自投失敗后，首先懷疑隔離開關2092 控制回路有問題，但是經電動操作試驗，控制回路正常。由于無法找到自投失敗原因。后又多次進行自投試驗，有時成功，有時失敗。經總結發現故障應該還是在隔離開關2092 上。經過反復試驗與分析查找，最后發現在備自投裝置內隔離開關2092 的動作時間被錯誤設置為0.5 s，而隔離開關的實際動作時間為5～6 s，自投程序發出分閘命令后，過快的判斷為執行失敗，但此時隔離開關尚未分合到位，故而造成錯誤判斷，終止了自投程序。

2 當前自投方式存在問題分析

結合實際運行經驗，以及近幾年來牽引變電所備自投系統的動作實例，分析可以發現，當前牽引變電所的自投方式存在下列問題：

（1）自投回路中隔離開關過多。根據不同的主接線，自投過程中最少要有2 臺以上的隔離開關參與動作。隔離開關電動操作機構的可靠性普遍不如斷路器，且故障率又比斷路器要高，因此多數自投失敗的原因是由隔離開關無法正常電動操作造成的。

（2）自投程序不夠智能，不能區分必要條件與非必要條件。例如案例3 中的隔離開關2092，即便該隔離開關分閘失敗，但若自投程序繼續執行，并不會造成設備運行出現問題，反而可以避免自投失敗所引起的供電中斷，自投程序不能判斷該條件為非必要條件，而是簡單地將所有參與自投的開關中只要有一個執行失敗即終止自投程序的執行。

（3）自投系統動作時間過長，對列車運行有一定的影響。在自投程序中，至少有3 臺斷路器和2 臺以上隔離開關需要分合閘操作，且必須按程序順序進行，加上系統失壓后還有3～5 s 的時間來躲過系統重合閘而進行的延時啟動，總的自投時間需要30～70 s，具體時間因變電所主接線與當時的運行方式和自投方式不同而異，但最少也要30 s 以上。2010 年8 月13 日，鄭州供電段薛店牽引變電所因電源失壓而發生自投，雖然自投成功，但因自投動作時間長達70 s，影響了動車組的正常運行。

3 對當前自投系統的改進意見

以自投系統中開關最多的主接線圖（圖2）為例進行說明，其他形式的與此類似。

（1）改變備用模式，由冷備用改為熱備用。具體到圖2 就是將參與自投的備用設備隔離開關平時處于合閘位置，以降低自投時操作隔離開關帶來的自投失敗風險，同時縮短自投系統動作時間。以1#電源供1#主變運行為例，具體到圖2，就是讓隔離開關1021、1092、2092 處于合位。且隔離開關1091、1092、2091、2092 不參與自投動作。

（2）改變自投方式，將自投方式由原來的電源失壓倒直列，主變故障倒交叉，或者電源失壓與主變故障均倒交叉，統一為主變故障與電源故障均倒直列。所謂直列是指1#電源供1#主變運行或2#電源供2#主變運行。所謂交叉是指1#電源供2#主變運行或者2#電源供1#主變運行。平時運行時以直列運行為主，盡量避免交叉運行。仍以1#電源供1#主變運行為例，具體到圖2，就是當1#電源失壓，或者是1#主變故障時，自投程序均為斷路器101、201、202 跳閘，斷路器102、203、204 合閘，自投動作簡單迅速，可保證自投動作的高成功率。

（3）增加自投程序的智能性，當牽引變電所因運行方式要求而不得不處于交叉運行模式時，上述自投方式存在一定的不足，需要靠增加自投程序的智能性來彌補。以1#電源供2#主變交叉運行為例，結合圖2 說明。此時2#電源進線隔離開關1021必須處于分閘位置。當運行中發生1#電源失壓后，斷路器102、203、204 失壓跳閘或自投分閘后，自投程序應當同時啟動隔離開關1002 和1011 的分閘操作，并有智能的判斷，只要有一個開關分閘成功，即可按順序執行隔離開關1021 和斷路器102、203、204 開關合閘。當運行中發生2#主變故障時，自投程序應當在判斷斷路器102、203、204 分閘成功后，即執行斷路器101、201、202 合閘，而不對隔離開關1002 進行分閘的執行與判斷。當自投成功后，由值班人員將隔離開關1002 或1021 開關倒閘至所需運行方式。

（4）對閉鎖條件的修改。為滿足上述自投運行方式，應當修改隔離開關1011、1021、1002 的操作閉鎖條件。隔離開關1011 的操作條件為斷路器101 在分閘位同時隔離開關1002 或1021 有一個在分閘位。隔離開關1021 的操作條件為斷路器102在分閘位同時隔離開關1011 或1001 有一個在分閘位。隔離開關1002 的操作條件為隔離開關1011、斷路器101 同時在分閘位或隔離開關1021、斷路器102 同時在分閘位。

經過上述改進后，將牽引變電所的主要運行方式設置為直列，可保證自投系統成功率極高，同時具有極短的自投時間，基本不影響列車運行。即便不得以處于交叉運行方式，也極大地提高了自投系統動作的成功率，縮短了自投動作時間。

4 結束語

本文結合實例，對當前牽引變電所備自投系統存在問題進行了系統分析，并給出了相應的解決方案。文中給出的解決方案具有不增加設備，不增加投資，只需修改一些程序，實施起來簡單方便，效果顯著的特點。鄭州供電段已經按文中所述方案對部分牽引變電所進行了改造，經模式試驗，效果顯著，該段其余牽引變電所也正在逐步進行改造。