牵引变电所备自投系统存在问题及解决方案

王汉兵

0 引言

电气化铁路牵引变电所承担着为电力机车不间断供电的重要任务，在铁路安全运输生产中处于非常重要的位置。因此，牵引变电所均要求具有双电源、双主变压器（下文简称主变）固定备用，且具备自动投切功能。由于备自投系统涉及到大量的开关及其他机电设备，因此故障率较高。

几年来，郑州供电段发生了多次因供电电源失压和主变故障而引起备自投系统动作失败的事故。为了能够弄清备自投系统存在的问题，并采取措施避免因自投失败而造成的停电事故，本文对3 次自投失败案例进行分析，并提出了目前牵引变电所备自投系统存在的问题及改进措施。

1 事故案例分析

（1）案例1。2010 年8 月13 日，郑州铁路局郑州供电段获嘉牵引变电所1#主变温度重瓦斯动作跳闸，备自投系统启动，执行失败，造成全所停电20 min，中断国内亿吨煤运通道新月线上下行列车运行。事后分析，造成重瓦斯保护装置动作的原因是暴雨天气下1#主变温度计密封不良，雨水进入温度计内部，跳闸接点短路，而温度计跳闸接点是与重瓦斯跳闸接点并联在一起的，因此综合自动化（下文简称综自）设备上显示的是瓦斯动作。该所接线图见图1。

图1 获嘉牵引变电所主接线图

正常的自投程序应该是：1#电源经隔离开关1011 供1#主变运行，当1#主变故障时，断路器101、201a、201b 跳闸后，自投系统对隔离开关1001 进行合闸，断路器102、202a、202b 合闸后恢复供电。造成备用主变自投失败的原因是：1#主变跳闸后，自投系统对跨条隔离开关1001 进行合闸操作失败，究其原因是当地远方转换开关接点接触不良，电动合闸的控制回路不通。

（2）案例2。2010 年2 月28 日，郑州供电段淇县变电所2#电源供2#主变运行，因供电电源失压，引起电源备自投动作，2#系统所有开关分闸后，1#电源进线隔离开关、1#主变中性点隔离开关合闸后，自投动作停止。该所主接线图如图2 所示。

图2 淇县变电所主接线图

正常的自投程序是：2#电源经隔离开关1021、断路器102 给2#主变供电，经断路器203、204、隔离开关2092 向牵引变电所母线供电，当2#电源失压时，先由主变失压保护装置对断路器102、203、204 进行跳闸，然后自投系统启动，将隔离开关2092、1021 分闸，接着自投系统将隔离开关1011、1091、2091 合闸，最后将断路器101、201、203合闸恢复供电。当时自投系统对1#主变中性点隔离开关1091 合闸后，给出隔离开关2091 合闸失败提示后，程序终止。自投因隔离开关2091 未能合闸而失败。事后检查故障原因是隔离开关2091 电动操作机构箱内缓冲橡胶垫老化脱落，导致开关分闸角度偏大，行程开关没有被压紧，合闸控制回路不通。

（3）案例3。2009 年9 月30 日，郑州供电段汤阴变电所2#主变因雷击造成内部线圈故障，重瓦斯动作，断路器跳闸后，自投系统启动，提示分隔离开关2092 失败，自投失败，但实际上隔离开关2092 已经分开。汤阴变电所主接线与淇县相同，自投程序也相同。此次自投失败后，首先怀疑隔离开关2092 控制回路有问题，但是经电动操作试验，控制回路正常。由于无法找到自投失败原因。后又多次进行自投试验，有时成功，有时失败。经总结发现故障应该还是在隔离开关2092 上。经过反复试验与分析查找，最后发现在备自投装置内隔离开关2092 的动作时间被错误设置为0.5 s，而隔离开关的实际动作时间为5～6 s，自投程序发出分闸命令后，过快的判断为执行失败，但此时隔离开关尚未分合到位，故而造成错误判断，终止了自投程序。

2 当前自投方式存在问题分析

结合实际运行经验，以及近几年来牵引变电所备自投系统的动作实例，分析可以发现，当前牵引变电所的自投方式存在下列问题：

（1）自投回路中隔离开关过多。根据不同的主接线，自投过程中最少要有2 台以上的隔离开关参与动作。隔离开关电动操作机构的可靠性普遍不如断路器，且故障率又比断路器要高，因此多数自投失败的原因是由隔离开关无法正常电动操作造成的。

（2）自投程序不够智能，不能区分必要条件与非必要条件。例如案例3 中的隔离开关2092，即便该隔离开关分闸失败，但若自投程序继续执行，并不会造成设备运行出现问题，反而可以避免自投失败所引起的供电中断，自投程序不能判断该条件为非必要条件，而是简单地将所有参与自投的开关中只要有一个执行失败即终止自投程序的执行。

（3）自投系统动作时间过长，对列车运行有一定的影响。在自投程序中，至少有3 台断路器和2 台以上隔离开关需要分合闸操作，且必须按程序顺序进行，加上系统失压后还有3～5 s 的时间来躲过系统重合闸而进行的延时启动，总的自投时间需要30～70 s，具体时间因变电所主接线与当时的运行方式和自投方式不同而异，但最少也要30 s 以上。2010 年8 月13 日，郑州供电段薛店牵引变电所因电源失压而发生自投，虽然自投成功，但因自投动作时间长达70 s，影响了动车组的正常运行。

3 对当前自投系统的改进意见

以自投系统中开关最多的主接线图（图2）为例进行说明，其他形式的与此类似。

（1）改变备用模式，由冷备用改为热备用。具体到图2 就是将参与自投的备用设备隔离开关平时处于合闸位置，以降低自投时操作隔离开关带来的自投失败风险，同时缩短自投系统动作时间。以1#电源供1#主变运行为例，具体到图2，就是让隔离开关1021、1092、2092 处于合位。且隔离开关1091、1092、2091、2092 不参与自投动作。

（2）改变自投方式，将自投方式由原来的电源失压倒直列，主变故障倒交叉，或者电源失压与主变故障均倒交叉，统一为主变故障与电源故障均倒直列。所谓直列是指1#电源供1#主变运行或2#电源供2#主变运行。所谓交叉是指1#电源供2#主变运行或者2#电源供1#主变运行。平时运行时以直列运行为主，尽量避免交叉运行。仍以1#电源供1#主变运行为例，具体到图2，就是当1#电源失压，或者是1#主变故障时，自投程序均为断路器101、201、202 跳闸，断路器102、203、204 合闸，自投动作简单迅速，可保证自投动作的高成功率。

（3）增加自投程序的智能性，当牵引变电所因运行方式要求而不得不处于交叉运行模式时，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来弥补。以1#电源供2#主变交叉运行为例，结合图2 说明。此时2#电源进线隔离开关1021必须处于分闸位置。当运行中发生1#电源失压后，断路器102、203、204 失压跳闸或自投分闸后，自投程序应当同时启动隔离开关1002 和1011 的分闸操作，并有智能的判断，只要有一个开关分闸成功，即可按顺序执行隔离开关1021 和断路器102、203、204 开关合闸。当运行中发生2#主变故障时，自投程序应当在判断断路器102、203、204 分闸成功后，即执行断路器101、201、202 合闸，而不对隔离开关1002 进行分闸的执行与判断。当自投成功后，由值班人员将隔离开关1002 或1021 开关倒闸至所需运行方式。

（4）对闭锁条件的修改。为满足上述自投运行方式，应当修改隔离开关1011、1021、1002 的操作闭锁条件。隔离开关1011 的操作条件为断路器101 在分闸位同时隔离开关1002 或1021 有一个在分闸位。隔离开关1021 的操作条件为断路器102在分闸位同时隔离开关1011 或1001 有一个在分闸位。隔离开关1002 的操作条件为隔离开关1011、断路器101 同时在分闸位或隔离开关1021、断路器102 同时在分闸位。

经过上述改进后，将牵引变电所的主要运行方式设置为直列，可保证自投系统成功率极高，同时具有极短的自投时间，基本不影响列车运行。即便不得以处于交叉运行方式，也极大地提高了自投系统动作的成功率，缩短了自投动作时间。

4 结束语

本文结合实例，对当前牵引变电所备自投系统存在问题进行了系统分析，并给出了相应的解决方案。文中给出的解决方案具有不增加设备，不增加投资，只需修改一些程序，实施起来简单方便，效果显著的特点。郑州供电段已经按文中所述方案对部分牵引变电所进行了改造，经模式试验，效果显著，该段其余牵引变电所也正在逐步进行改造。