地鐵35kV供電系統(tǒng)電壓互感器及開關(guān)差動保護(hù)故障分析

陳學(xué)斌

南京地鐵運營有限責(zé)任公司

摘要：本文結(jié)合作者多年來的工作經(jīng)驗主要闡述了地鐵35kV供電系統(tǒng)電壓互感器故障與開關(guān)差動保護(hù)故障分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通；交流35kV；故障分析

一、35kV供電系統(tǒng)電壓互感器故障分析

在我國，地鐵供電系統(tǒng)普遍都選用35kV的電壓等級，而且因為城市建設(shè)以及地鐵安全穩(wěn)定運行的需要，其開關(guān)通常選用的是C-GIS中壓開關(guān)，這類開關(guān)不僅具有占地面積小的特點，同時還能夠免維修，為地鐵的運行和維護(hù)帶來了不小的便利，但同時也對其開關(guān)元器件提出了更高的質(zhì)量要求，尤其是作為開關(guān)設(shè)備中較為薄弱的電壓互感器，故障電壓互感器如圖1所示：

圖1 故障電壓互感器

而在對其故障電壓互感器進(jìn)行解剖分析后，經(jīng)過綜合分析可以發(fā)現(xiàn)電壓互感器內(nèi)部中的一次繞組導(dǎo)線存在均勻燒毀現(xiàn)象，進(jìn)而使其絕緣體發(fā)生開裂，并且導(dǎo)致高壓對地?fù)舸┧l(fā)的。

例如根據(jù)上海軌道交通3號線的電壓互感器故障產(chǎn)生的一次熔絲屢次熔斷故障來說，在充分結(jié)合其變壓熔絲熔斷的具體時間、地點、熔斷相別、運行方式、操作以及其容抗和感抗比值的統(tǒng)計內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)（如表2所示），該故障發(fā)生的原因大致分為兩種情況，一種是空充單母線的操作情況下產(chǎn)生的，另一種則是在無操作情況產(chǎn)生的，從其故障產(chǎn)生時間上來看，故障產(chǎn)生可能是在操作時產(chǎn)生的，也可能是列車收發(fā)車或者運行高峰期產(chǎn)生的。

表1 35kV變壓熔絲熔斷記錄表

初步分析故障的產(chǎn)生有可能是倒閘操作所引發(fā)的，這主要是因為倒閘操作流程如果不合規(guī)定就會產(chǎn)生工頻位移過電壓。同時還與列車運行及其35kV系統(tǒng)參數(shù)匹配有聯(lián)系，因為牽引變的整流器會產(chǎn)生大量諧波，經(jīng)過相關(guān)測量也證明了牽引變的整流器是3號線35kV系統(tǒng)諧波主要來源，而且隨著列車收發(fā)車和運行高峰期的到來，35kV系統(tǒng)上的諧波頻率強度在不斷發(fā)生變化，其系統(tǒng)參數(shù)也在發(fā)生變化，當(dāng)這兩者的自振頻率一致，并且蘊含激發(fā)因素，那么就會產(chǎn)生諧振過電壓。因為3號線的35kV系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，產(chǎn)生這類故障的原因可以分為非諧振原因和諧振原因。但是3號線不存在線路接地現(xiàn)象，因此其故障的產(chǎn)生原因主要考慮諧振，這種諧振又包括工頻位移過電壓和諧波諧振過電壓，其中前者與倒閘操作和35kV系統(tǒng)運行方式有聯(lián)系，后者與列車運行情況和系統(tǒng)參數(shù)匹配有聯(lián)系。除此之外，還可以利用在線錄波分析方式對故障進(jìn)行分析，先通過測試地鐵35kV網(wǎng)絡(luò)，以判定其中存在直流分量，并且其大小在不斷變化，然后按照穩(wěn)態(tài)直流分量進(jìn)行在線錄波，以進(jìn)行可定量分析。再通過對地鐵多點的電壓互感器進(jìn)行二次采樣錄波，確定暫態(tài)直流分量狀況，接著利用對電容量的計算以及放電回路的確定，得到直流電流與額定電壓下以此勵磁電流的關(guān)系，最終分析出故障情況。

二、35kV供電系統(tǒng)開關(guān)差動保護(hù)故障分析

1.故障描述及影響：

10月25日凌晨，二號線高壓工班按照計劃對馬群車輛段35KVⅠ段設(shè)備檢修。1：00左右，OCC電力調(diào)度開始對馬群站進(jìn)行倒閘操作，當(dāng)拉開馬群站101進(jìn)線開關(guān)、合上100母聯(lián)開關(guān)3秒鐘后，馬群車輛段102開關(guān)報“P521差動保護(hù)動作”信號并跳閘，造成馬群站、鐘靈街站35KV兩路電源全部失電。故障發(fā)生后，為了避免馬群和鐘靈街站陷于無電狀態(tài)，檢修人員立即中斷作業(yè)恢復(fù)馬群站35KVⅠ段供電。11月1日，工班補報計劃準(zhǔn)備完成10月25日的工作，在倒閘操作時再次發(fā)生102開關(guān)跳閘故障

2.故障處理經(jīng)過 ：

10月25日發(fā)生差動保護(hù)故障后，檢修人員按照慣例檢查電纜絕緣和保護(hù)裝置。電纜經(jīng)檢查絕緣正常，通過筆記本與102開關(guān)的P521裝置相連始終不能建立通訊，而102開關(guān)的另一端馬群主所323開關(guān)P521沒有發(fā)現(xiàn)故障波形和事件，因此判斷為馬群車輛段102開關(guān)P521裝置誤發(fā)差動信號所致（2010年9月，苜蓿園101與明故宮103之間發(fā)生過P521誤發(fā)跳閘信號的故障），102開關(guān)在更換裝置后投入正常使用。11月1日再次發(fā)生跳閘后，我們把故障范圍縮小至102開關(guān)的CT二次側(cè)至P521裝置之間的二次回路上。通過繼保裝置在CT二次側(cè)加載0.1A（500/1）的電流，在P521裝置上B、C相電流顯示均為50A，而A相顯示為相差較大的不穩(wěn)定值。 A相電流在14-50A之間間斷性波動。為進(jìn)一步查找故障點，直接在P521上加載電流，三相電流均顯示50A 。最后確定是“電流互感器二次過電壓保護(hù)器”A相有接地現(xiàn)象，更換后重新試驗均正常。

3.故障原因分析：

電流互感器二次過電壓保護(hù)器是并接在CT與保護(hù)裝置之間的，用于防止互感器開路產(chǎn)生高電壓。馬群站在拉開101開關(guān)合上100母聯(lián)開關(guān)3秒后，馬群站及鐘靈街站400V設(shè)備瞬間切換產(chǎn)生較大電流，由于過電壓保護(hù)器分流，使得加載在馬群主所323開關(guān)和車輛段102開關(guān)P521上的電流不平衡，并且達(dá)到差動保護(hù)啟動的定值。正常供電時，兩路分列運行，即使保護(hù)器損壞由于電流偏小并不會導(dǎo)致故障發(fā)生。

4.經(jīng)驗教訓(xùn)

差動保護(hù)動作故障的發(fā)生，最典型的就是電纜絕緣損壞。但2號線保護(hù)裝置自身誤動作的情況也時常發(fā)生，我們在處理類似故障的時候往往把注意力放在這兩方面。事實證明我們在處理故障的思路還不夠開闊，對元器件自身損壞造成的可能故障認(rèn)識不深。