由京沪自闭反送电引起的关于失压保护的思考

袁园

摘要：铁路电力系统中，自闭线路一般用于供给行车信号等一级负荷用电，必须确保安全可靠。在镇江变配电所一起进线电源失压故障中，镇江变配电所自闭线断路器失压动作尚未出口跳闸，南京西变配电所备用电源就已经投入，导致本所自闭线断路器失压保护返回而未跳闸，邻所通过该自闭线将电反送到本所母线上并向其他站场馈出柜送电。

关键字：变配电所 反送电 失压保护 自闭线路 铁路 电力系统

1.案例分析

1.1正常运行方式

1.1.1京沪线宁镇自闭间一次系统图简图

1.1.2正常运行方式

镇江变配电所：两路35kV电源同时受电。1#电源经主变一变压后向10kV母线设备供电;2#电源经主变二变压后向10kV母线设备供电;正常情况下10kV母线分段运行，母联柜断路器备自投退出。

南京西变配电所：两路35kV电源同时受电。1#电源经主变一变压后向10kV母线设备供电;2#电源经主变二变压后向10kV母线设备供电;正常情况下10kV母线分段运行，母联柜断路器备自投退出。

自闭线运行方式：南京西←镇江←常州←无锡（杭州段）

贯通线运行方式：南京西→镇江→常州→无锡（杭州段）

1.2过程描述

20XX年XX月XX日21：50，供电公司的铁路专用柜发生跳闸，导致镇江变配电所一路外部电源进线（2#电源金山354线）停电。镇江变配电所所内电源二柜（302DL）、受电二柜（102DL）失压跳闸，京沪宁自闭柜（122DL）、城际宁一贯柜（128DL）失压保护启动但未跳闸。京沪线南京西变配电所所内京沪镇自闭柜（124DL）备自投成功，将电反送至镇江变配电所10kV Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ段母线。

1.3原因分析

1.3.1保护投入与定值设定情况

镇江变配电所与南京变配电所之间电力自闭线正常情况下由镇江所主供、南京西所备供。镇江所作为主供所，投入的保护有电流保护、失压保护、重合闸保护等，南京西所作为备供所，保护有电流保护、失压保护、备自投保护等。两所相关电源柜、受电柜、自闭贯通柜的保护投入与定值设定情况详见下面表1（仅列出与此次故障跳闸相关的保护定值情况）。

1.3.2当日保护实际动作情况

调取镇江变配电所所内当日故障报文，整理出相关开关的失压保护动作顺序，详见下面表2。

调取南京西变配电所所内当日故障报文得知，故障当日21：40：18 907ms，南京西变配电所京沪镇自闭（124DL）备自投动作。

下图为当日故障录波。

1.3.3保护动作情况分析

理论上，电源进线一旦失压，变配电所所内所有投入失压保护的开关柜应同时跳闸，自闭线上的备供所在检测到线路无压而本所相关母线有压后应立即启动备自投保护，保证自闭线上各设备的正常供电。【1】

而从此次故障上来看，在镇江变配电所电源进线失电后，电源柜、受电柜、自闭柜失压保护和南京西变配电所自闭柜备自投保护的动作顺序依次是：电源二302DL保护启动→受电二102DL保护启动→受电二102DL保护动作→电源二302DL保护动作→京沪宁自闭122DL保护启动→南京西变配电所京沪镇自闭124DL备自投动作→受电二102DL保护返回→电源二302DL保护返回→京沪宁自闭122DL保护返回。

在镇江变配电所京沪宁自闭122DL保护启动后129ms，南京西变配电所京沪镇自闭124DL备自投动作，将电反送至镇江变配电所京沪宁自闭22#柜、Ⅳ段母线等设备，导致镇江变配电所京沪宁自闭122DL失压保护返回，于是未跳闸。

1.3.4故障原因初步分析

根据上述技术图纸资料、运行方式情况、当日保护动作过程可知，此次失压未跳闸事件的特点在于：各部位保护启动时间不一致，镇江变配电所电源柜、受电柜、自闭柜的失压保护依次启动，时差为200ms左右。南京西变配电所备自投动作时间甚至早于本所自闭柜保护启动时间。

首先分析为何各个保护非同时启动，经查看镇江变配电所电源柜、受电柜、自闭柜的故障录波可以发现，进线电压并非瞬间完全失压，而是逐渐降低的过程。在此过程中，由于变压器相当于一个大电感，电源电压降低引起励磁电流降低，而绕组会感生一个电动势阻碍励磁电流减小，使得变压器二次侧电压降低相较一次侧要慢。而在镇江变配电所的主接线中，电源二经过主变到达受电二，受电二经过调压变到达自闭柜。因此由于变压器的电感效应，三者高压侧电压依次降低，而非同步降低，导致保护启动时间不一致。

其次分析南京西变配电所备自投为何早于镇江变配电所自闭柜的失压启动并动作。经调查两所相关压互的接线方式，镇江变配电所京沪自闭母互采用的是YY型接线，采集到的是母线相电压，而南京西变配电所京沪镇自闭线路侧母互采用的是VV型接线，采集到的是线路侧线电压。镇江变配电所京沪宁自闭低压跳闸的判别条件是三相相电压均低于定值（40V），南京西变配电所备自投动作的判别条件是三个线电压均低于定值（70V）。结合当时的故障录波可以得知，由于此次三相电压并非同时减小，即先达到南京西变配电所备自投条件，所以造成了镇江变配电所尚未低压跳闸、南京西变配电所就备自投动作了。也即此次非正常跳闸是三相电压未同步降低造成的偶然事件。

1.4故障后果

此次故障由于寧镇自闭反送电的缘故，南京西所Ⅱ段母线上容量为315kVA的自闭调压变压器直接供电给宁镇自闭线上所有用电设备，以及镇江东环、车站二、宁镇一贯线上的所有用电设备。这种非正常运行方式严重影响供电质量，可能造成信号设备功能异常，造成铁路交通事故的严重后果。对于供电设备来说，容易造成变压器过负荷跳闸，甚至烧损变压器、扩大故障范围。【2】

2.改进措施

2.1改变压互的接线方式

调整接线组别，比如将镇江变配电所的自闭/贯通母互改为VV型接线，或者通过内部计算将其调整判别母线线电压，也能避免因电源并非三相同步失压而造成低压保护尚未动作而邻所已备自投成功的非正常运行方式。

2.2增加电源失压跳闸联动功能

在正常运行情况下，不允许出现电源柜断路器断开，而受电柜、自闭柜断路器闭合的情况，因为这种情况容易造成反送电扩大事故范围。因此可以将电源柜失压保护出口的信号同时接给受电柜和自闭柜，要求受电柜和自闭柜无论是否检测到失压，都随着电源柜一起跳闸，从而避免反送电的情况发生。这种方案仅对保护装置接线做部分修改，相比前一种方案而言更加方便、可靠。

3.结束语

据不完全统计，镇江变配电所2015年至2018年期间共发生了16起因地方供电公司问题导致电源进线失电的故障，仅出现1次自闭柜失压未跳闸而邻所备自投成功导致反送电的非正常运行方式。本文从这一次偶然事件入手，简要探讨了出现这种故障的原因，并提出两点改进建议，希望与读者同行进行进一步的探讨。

参考文献：

【1】陈小川.铁路供电继电保护与自动化.北京：中国铁道出版社，2010.

【2】中国铁路总公司.铁路电力安全工作规程.北京：中国铁道出版社，1998.