牵引变电所交流系统故障分析及措施

李文起

京九线牵引变电所自用电交流电源系统（简称交流电源系统，特指220 V或380 V交流电源），采用 PLC控制电源装置，功能强大，远程通讯方便，适用于无人值班的有远动监控的牵引变电所。但是，自从2009年12月京九线电气化铁路开通运行至2010年6月以来，变电所交流电源系统多次发生跳闸停电故障；交流中间继电器、熔断器多次烧毁，造成交流电源系统全部停电故障。直接影响着变电所二次设备、照明动力系统和分相隔离开关电动操作机构的正常供电。致使变电所远动通讯系统中断，直流蓄电池过度放电，分相隔离开关不能电动操作。严重时造成变电所直流电源瘫痪，综合自动化系统不能正常工作，影响正常行车。因此减少或杜绝交流电源系统停电故障的发生，是本文所要论述的问题。

1 设备故障分析及措施

1.1 设备故障分析

2010年4—6月，京九线变电所交流系统均采用并列分段供电方式，即27.5 kV电源供一段母线，10 kV电源供一段母线（见图1），空气开关QF1、QF2、QF3均处于闭合位置，母联接触器KM3处于断开位置，电源接触器KM1、KM2处于闭合位置。

（1）低压保险烧毁。27.5 kV侧与10 kV侧二次电源（即27.5 kV或10 kV变压器供给的交流配电盘上的220 V和380 V电源）在切换过程中短路，产生很大的短路电流，由于接触器接点容量大，故此将低压熔断器 FU1、FU2熔断，使交流接触器KM1、KM2全部失电断开，造成全所交流二次电源失电。

（2）空气开关QF1、QF2全部跳闸。在27.5 kV母线电压失压时，PLC延时6 s才能启动中间继电器 1KA动作，由于母线电压瞬时失压后，在 3 s的时间内电压恢复正常，所以1KA没来得及动作电压又恢复正常，故此交流接触器KM1一直处于闭合供电状态。又由于PLC判断I段母线失压后，立即启动中间继电器 3KA动作，使母联接触器KM3动作闭合，27.5 kV侧与10 kV侧二次电源通过Ⅰ、Ⅱ段母线连在一起，而27.5 kV侧与10 kV侧二次电源压差为100 V左右，因此迅速形成大的环流，电流相当100 V的短路电流，使变电所交流空气开关QF1、QF2全部跳闸断开，造成全所交流二次电源失电。

1.2 改进措施

改进措施见图1和图2。

（1）取消原交流电源电路，使电源接触器KM1、KM2分别直接接在交流空气开关QF1、QF2的负载侧。

（2）将交流中间继电器1KA、2KA、3KA更换成开断容量为500V·A的直流中间接触器1KZ、2KZ、3KZ；将母联接触器 KM3更换成同容量的直流接触器。

（3）更改PLC程序，保证交流系统2路电源互投功能。

图1 交流系统主接线示意图

图2 改造后交流系统控制回路接线示意图

a.主备方式电源互投设定：27.5 kV为主投，失压延时动作时限为6 s；互投中母联接触器不断开。在10 kV电源供电时，27.5 kV来电后，10 kV接触器延时6 s断开，27.5 kV电源接触器再延时6 s合上。

b.10 kV 和27.5 kV电源均停电后，母联接触器KM3延时25 s断开。

c.电源在主备方式运行时，在后台机选择2路电源并列运行时，PLC在检测另1路进线电源有电后，不带延时的断开母联接触器 KM3，延时 6 s投入该路电源接触器。

d.电源在并列方式运行时，PLC检测到其中1路进线电源失电后，经过6 s延时自动转入主备供电方式，即先断开失电电源的接触器KM1或KM2，再延时3 s合上母联接触器KM3。

e.交流系统失压整定值为240 V，失压延时为6 s；交流系统过电压整定值为420 V，延时为5 s。

f.将10 kV、27.5 kV二次电源接触器的辅助接点分别接到 PLC装置，通过程序达到相互闭锁的作用。

g.在交流检测电路增加屏蔽措施，减少外界干扰对PLC装置及检测电路的影响。

2 实施效果

采取上述措施后，交流系统的可靠性明显提高，主要体现在以下几点。

2.1 现场试验

2.1.1 主备方式电源互投试验

（1）确认2路电源同时有电，手动断开主供电源开关后，后备电源自动投入运行。手动合上主供电源开关后，后备电源自动退出运行，主供电源自动投入供电。

（2）在6 s内手动瞬时断开、合上供电电源开关，电源瞬时失压又恢复电压正常，接触器不动作，保证了该路电源电压瞬时波动后正常供电。

2.1.2 并列方式互投试验

（1）手动断开1路进线电源开关后，装置自动转入主备供电方式运行。

（2）在6 s内手动瞬时断开、合上1路供电电源开关，试验发现 2路电源并列运行方式保持不变。

2.1.3 并列方式转主备供电方式试验

（1）在2路电源为并列方式运行时，综合自动化系统的后台机将供电模式改为主备供电方式，交流电源系统迅速转换为主备供电方式运行。

（2）在2路电源为主备供电方式时，综合自动化系统的后台机将供电模式改为并列供电方式，交流电源系统迅速转换为并列供电方式运行。

上述交流电源互投试验每项进行了3次，每次实验动作均正常，达到了预期的技术要求。

2.2 运行考验

经过4个多月的运行考验，交流电源系统运行状态良好，并经受住了如下电源变化的考验。

（1）10 kV或27.5 kV电源多次停电，交流电源系统自动投切正常。

（2）接触网外部发生瞬时故障，变电所馈线保护跳闸重合成功16次，交流电源系统按设计要求以主备方式正常供电，未发生乱动现象。

（3）枣强变电所110 kV电源系统由于外部线路故障瞬时失压，在小于6 s内电压恢复正常，交流电源系统以主备方式正常供电，未发生乱动现象。

（4）深州变电所由于电压互感器爆炸，致使变电所27.5 kV母线电源波动并失电，交流电源系统自动切换到10 kV侧二次电源供电。

（5）深州变电所配电盘着火，致使综合自动化系统的后台主机停电，没有影响交流电源系统正常供电。

3 结束语

总之，经过对交流电源系统采取技术完善措施后，不仅解决了 PLC交流电源自投装置的工作可靠性问题，中间继电器经常烧毁的问题和交流盘2路电源同时断电的问题；而且解决了交流继电器受交流电源影响，工作不可靠问题，交流失压后与远动系统通讯报警的问题。从而使交流供电系统达到了功能先进、可靠性高、工作稳定的目的。这是目前有人值守、无人值班变电所对交流电源系统的基本要求，也是无人值守分区所、开闭所必须的条件。因此希望有关部门和生产厂家，对交流供电系统应该引起足够的重视。