石太客运专线牵引变电所自投防拒动研究

王彦荣，李文起，李延军，于建平，许惠敏

0 引言

在牵引变电所中，备用进线及主变压器自动投切装置（简称自投）占有重要的地位，当运行进线失压或主变压器故障时，通过自投动作，尽快投入备用进线或主变压器，可防止发生全所停电事故。石家庄供电段管辖的石太客运专线自2009年1月试运行以来，在传统试验和正常运行中，多次发生真空断路器拒合和自投拒动问题，严重影响了变电所设备的正常运行，危及供电安全。

1 自投拒动现象

1.1 歇子寨变电所自投拒动

2009年3月25日，在石太客运专线歇子寨变电所进行开通前的验收试验，在利用自投由Ⅱ回2#B运行模拟Ⅱ回进线失压自动投入Ⅰ回1#B运行过程中，发现其202真空断路器2次拒合，造成自投拒动，备用主变压器和进线不能自动投切。

1.2 井陉北变电所213馈线断路器拒合

2009年4月6日晚，井陉北变电所在全所停电处理主变压器缺陷时，停到213馈线时，213断路器给出“控制回路断线”告警，213断路器拒分。

以上2种情况自2009年1月石太客运专线试运行以来，截止到2009年10月16日，各所亭共发生自投拒动4次，真空断路器拒动35次，严重影响了牵引变电所正常供电，降低了供电可靠性。

2 现场检查及原因分析

2.1 现场故障情况调查

通过现场观察和了解，一般在自投拒动时都伴随着对应断路器的“控制回路断线”告警，同时，真空断路器机构箱内的“告警”灯亮。而一旦“告警”灯亮，就会闭锁真空断路器分合闸，无法对其进行分合闸操作，即真空断路器拒动。

真空断路器是变电所的关键设备，主变压器二次设备包括馈线系统的所有短路故障均是通过真空断路器来切除故障点的，其目的是保证非故障设备正常运行。因此，真空断路器拒动对变电所正常运行危害极大，主要表现在以下方面：一是在变电所运行主变压器故障或运行进线失压时，自投拒动，备用进线或主变压器不能自动投切，造成变电所全所停电；二是在接触网线路故障或所内其它设备故障时拒动，不能切除故障点，造成上一级保护越级跳闸，扩大故障范围。

2.2 自投拒动原因的初步判定

由故障现象可以看出，自投拒动是由真空断路器拒动引起的，而几乎每次真空断路器拒动都伴随“控制回路断线”告警和真空断路器机构箱内的“告警”灯亮。因此，初步判定是真空断路器机构本身故障造成。于是，首先对真空断路器机构进行检查，重点是控制回路，测量各电气参数，其值未见异常。为进一步查明原因，在现场进行了反复多次的分合闸试验，令人不解的是，在真空断路器本体进行分合闸试验每次都正常，但在控制室测控盘或综合自动化系统后台进行分合闸试验时，大概分合闸十几次就会出现一次“控制回路断线”告警。通过对真空断路器机构的检查，基本排除了断路器机构本体的原因。

2.3 控制回路检查试验

据观察，“控制回路断线”告警一般发生在真空断路器处于合位时。“控制回路断线”告警信号是由综合自动化系统内部合闸位置继电器（简称HWJ）和分闸位置继电器（简称 FWJ）的常闭接点串联控制的，即在HWJ和FWJ的常闭接点同时闭合时，才会发出“控制回路断线”告警信号（见图 1）。

图1 综合自动保护原理及接线图

正常情况下，真空断路器合闸后，其常闭辅助接点 DL1（1，3）断开，FWJ线圈失电，FWJ的常闭接点闭合，同时，其常开辅助接点DL2（1，3）闭合，HWJ线圈受电，HWJ的常开接点闭合，常闭接点断开，此时，不应发出“控制回路断线”告警。若给出“控制回路断线”告警，说明其 HWJ失电，HWJ的常闭接点闭合。因此，对其分闸回路进行了检查和测量。其分闸回路见图2。

图2 分闸回路图

通过测量，知综合自动化系统内部HWJ的分压电阻RH= 5.1 kΩ，HWJ1和HWJ2的线圈电阻R1=R2= 1.9 kΩ，而真空断路器的分闸电阻R0=4.83 kΩ，分闸线圈电阻仅为0.2 kΩ。石太客运专线直流控制回路的电压为110 V。

通过计算可知，U1=U2= 15 V，U3= 40 V，U4= 38 V。

查阅综合自动化系统说明书，知其合闸位置继电器的可靠动作电压为 20 V，大于其现有的线圈两端电压（15 V）。所以，HWJ在受电时有时不能动作，在断路器合闸时，发出“控制回路断线”告警。

2.4 原因分析

由上述检查、测量、计算可以看出，造成自投拒动的原因是分闸回路中真空断路器的分闸电阻太大（测量值为4.83 kΩ），在分闸回路中分去电压超过 30 V，造成分闸回路中的合闸位置监视继电器受电减少，处在动作与不动作之间，合位继电器一旦不动作，就会发出“控制回路断线”告警，从而造成断路器拒动。

3 解决措施

针对上述原因，研究制定了3种解决方案：

（1）对真空断路器机构进行改进，减小断路器分闸回路中分闸电阻的阻值，使合闸位置继电器的线圈电压为20 V以上。因厂家不同意，该方案未实施。

（2）将综合自动化系统内部的合闸分压电阻RH去掉或减小，使之符合分压要求。因厂家不同意，此方案也未实施。

（3）改变综合自动化系统内部的接线方式，将合位监视回路与保护跳闸回路分开，接在断路器的合位监视灯回路上，在不改变原有电气参数的情况下，使 HWJ分压符合要求。具体接线见图 1，将RH接端子d4的线解开，重新找1个端子d28，将合位监视回路单独引出并接在断路器的合位监视灯回路上。图中虚线为改造后的接线。

4 措施实施及效果

2009年11月，由石家庄供电段检修车间对石太客运专线4个变电所、3个分区所和6个AT所的所有综合自动化保护装置进行了改造。改造后效果良好，运行4个多月来，再未发生过自投拒动和“控制回路断线”告警现象，消除了设备隐患，确保了石太客运专线设备的安全可靠运行。

通过对石太客运专线牵引变电所自投防拒动研究，发现并解决了国内二次设备即综合自动化系统与国外一次设备即真空断路器之间电气参数不匹配问题。随着铁路建设的大发展，国外先进技术、设备的不断引进，一二次设备电气参数的匹配问题也会不断涌现，且直接危及安全供电，这也是广大电气化铁路工程技术人员在新建线施工验收和运行管理中需引起关注和注意的地方。

[1]林永顺.牵引变电所[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2]成都交大许继有限公司.TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统说明书.

[3]法国阿海砝公司.真空断路器使用说明书.