鐵路變電所直流自用電系統絕緣故障分析處理

滕少華

摘要：在牽引變電所綜合自動化系統中，鐵路變電所直流自用電系統與其他系統是不相聯的，如果發生絕緣故障，保護裝置拒動，危及電網的安全，擴大停電范圍，中斷供電，干擾動車組運行秩序。本文從高速鐵路牽引變電所現場工作實際出發，逐一分析直流用電系統發生故障時帶來的危害，并提出處理方法。

關鍵詞：牽引變電所;故障危害分析;處理方法

1直流用電系統故障會影響供電干擾行車

2018年1月30日23：50貴廣客專線，供電調度遠動將兩安變電所II回2#變倒至I回1#變運行，101QF控制電源開關無法合閘;間接造成1#變高壓側無保護運行長達14小時，存在很大安全風險。經查本次故障原因是同時出現正、負極接地故障后導致101QF控制電源開關無法合閘。因此直流系統發生故障，威脅電網安全運行，同時可能干擾動車組運行秩序。

2牽引變電所直流系統構成及作用

直流用電系統由直流回路、蓄電池、直流負載和充電裝置四部分組成（圖1），充電模塊主要采用高頻開關電源，其主要功能是將交流電源變成成穩定的直流電源同時給蓄電池充電，以確保蓄電池處于隨時可供電的狀態。蓄電池其功能主要是在交流電源斷電時能夠實時地提供二次回路所需要的直流供電，目前采用閥控式鉛酸電池GFM。直流負載主要包含保護裝置、繼電器線圈、熔斷器及控制開關等。目前牽引變電所直流系統輸出的電壓都是110 V，主要為牽引變電所內的繼電保護裝置、自動裝置及各種信號裝置等二次設備提供工作電源，為斷路器和電動隔離開關提供操作電源，還為在牽引變電所用電交流系統出現緊急情況時牽引變電所提供照明和相關設備應急操作用電，以保證變電所二次設備能夠工作，保證故障處理恢復交流系統供電。但直流系統對脆弱，保護能力比較差，因此直流系統在實際運行中存在不可控的風險。

3變電所直流系統絕緣故障分類及成因

牽引變電所直流自用電系統相對復雜，與其連接的二次設備或裝置很多，比如控制二次回路、合閘二次回路、保護二次回路、信號二次回路等回路都與之相互連接，因此很難做到對直流系統做到全面檢修或是將所有的零部件更換。因此直流用電系統發生絕緣故障是接地故障，絕緣接地故障細分可分為正極接地、負極接地、正負兩極接地。

3.1直流用電系統設備故障。

直流自用電系統長時間工作后，會出現部分設備會出現老化，直流系統設備故障導致中斷供電，變電所保護裝置無法工作，此時發生設備故障，供電系統面臨解列的風險。

3.2環境因素。

由于變電所處的自然環境惡劣，回路潮濕絕緣降低或遭到鼠害破損等情況，直流系統接地故障概率。

3.3施工質量不佳。

變電所施工時過程控制不嚴格，將控制電纜損壞，嚴重降低直流系統的絕緣能力，進而發生直流系統接地故障，列如貴廣線兩安變電所因接在1#主變重瓦斯繼電器正極導線破損出現絕緣降低發生正極接地，屬施工遺留隱患。

3.4技術操作不到位。

現場作業人員操作錯誤造成直流自用電系統接地故障，主要是貪圖操作方便或操作失誤造成接地故障，表現為在帶電二次回路上進行相關操作時，不慎將設備金屬外殼與直流電源接觸，瞬間導致直流自用電系統接地。

4 變電所直流自用電系統接地故障危害及處理

4.1直流開關跳閘及處理

直流控制開關跳閘多數情況都是負荷側發生短路引起，必須將短路故障排除后方可合閘送電，如果未排除短路故障時而多次合閘送電，會擴大故障范圍，嚴重時候會熔斷直流總保險（圖1），會造成整個牽引變電所癱瘓，因此處理短路故障后才能將空氣開關合上。

4.2充電機回路設備故障及處理

目前，我局管內直流系統均采用高頻開關整流器，運用軟開關變換技術，4臺高頻開關整流器并聯運行向直流負荷供電（圖2），并供給電池組充電，二次回路相關設備發生接地故障會影響整流。例如：2018年10月13日柳南客專五塘AT所，就是因為直流電壓隔離變送器出現故障充電機無法工作。高頻開關整流器都是并聯運行，任意一個出現故障，保護動作，這個時候整流模塊的均流和外控功能將會不起作用，但是故障整流模塊不會影響其它整流模塊的正常工作。高頻開關整流器支持帶電插拔，因此允許不行停電進行更換故障整流模塊。

4.3變電所直流系統接地危害

正常情況下，直流自用電系統其正極和負極的絕緣電阻阻值相同，正極和負極對地電壓相等。當直流自用電系統正極或者負極發生接地時（圖3），正極和負極之間電壓差將會增大，對直流自用電系統有非常大的影響，非常大的危害。

①直流系統正極接地，如圖3中 E點所示，可能出現設備出現誤動，即牽引變電所自動裝置或繼電保護裝置出現異常動作，造成開關動作分閘，接觸網無電，影響行車。

②直流自用電系統負極接地，如圖3中F點所示，可能造成開關不動作。牽引變電所控制回路的設備正常都是接在負極，如果同時出現多點接地時自動裝置或保護裝置會動作不正確，甚至造成直流系統正極和負極發生短路，繼電器線圈通過大電流將其燒毀，保護裝置損壞。

③直流系統正極和負極同時接地是最糟糕的，如圖3中 E點和 F點同時發生接地短路，兩極接地會使空氣開關跳閘或燒毀熔斷器，蓄電池糟破壞，更嚴重甚至引起爆炸。如兩安變電所101QF控制開關無法合閘，是因為正負極同時接地造成的。不管是哪一種接地情況，對變電所的直流系統都會帶來巨大的危害，影響牽引變電所正常運行。

4.4變電所直流系統接地查找方法

排查絕緣接地故障原則是先查主控室外外面的，后查主控室里面，先查備用系統設備后查運行系統設備，主要方法有：

①拉回路法。

這是查找直流自用電系統絕緣故障的方法中最實用最簡單且最有效的方法。其操作步驟為：首先是切斷信號回路供電，其次是切斷照明回路供電，再次是切斷操作回路供電，最后是切斷保護回路供電。相關技術人員要創新維護措施，綜合考慮直流自用電系統的復雜性，提高接地故障位置判斷的準確性，在降低故障查找難度的同時提高查找效率。

②選線裝置監測法。

選線裝置監測法是利用在線實時監測確定直流自用電系統接地故障位置，是通過選線裝置檢測直流自用電系統所有部分對地絕緣情況，做到快速檢測到的接地故障情況，并將接地故障回路的編號顯示在報告信息中。目前各個大廠家生產直流絕緣監察裝置均帶有此功能，方便確定故障回路，不再需要逐一拉回路。選線裝置監測法能夠檢測到接地回路，但無法確定該接地回路的接地位置。

③便攜式直流系統接地定位裝置監測法。

利用便攜裝置確定直流自用電系統接地故障的位置，不同于選線裝置監測法它的主要檢測目標是直流自用電系統接地的具體位置。這種方法與前兩種方法相比優勢較為明顯，它不需要切斷直流回路電源就可以排查找接地故障。在動車組密集運行區段，采用先進設備排除接地故障會成為今后主要手段。

5 結束語

隨著動車組運行密度的不斷增加，對牽引供電系統穩定性要求越高。直流自用電系統避免發生故障，否則造成直接或間接的經濟損失，動車組長時間滯留途中，將造成旅客情緒波動引發群體事件，造成不良社會影響。因此將鐵道變電所直流系統的安全可靠運行必須提高到一個新的高度。

參考文獻：

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（作者單位：中國鐵路南寧局集團有限公司調度所）