牵引变电所备自投功能应用探讨与分析

韦 强

0 引言

我国电气化铁路牵引变电所一次侧电压等级常用110 kV、220 kV或330 kV，其中普速铁路牵引变电所多采用110 kV电压等级，高速铁路牵引变电所多采用220 kV或330 kV电压等级。高铁、普铁变电所均有2路电源进线，不同的只是变压器一次侧电气主接线方式不同，但基本采用桥式接线（H型）和双T接线两种方式。当电源线路故障或牵引变压器故障时，所内综合自动化系统备自投装置将自动完成备用进线电源或变压器的切换，从而恢复所内设备正常供电[1]。然而结合近几年管内或铁路供电行业内相关牵引变电所综合自动化系统设备备自投功能应用情况及相关故障案例，有必要对牵引变电所备自投功能逻辑及需要进一步完善的部分进行详细分析，以期对业内同行有所参考。

1 牵引变电所进线电气主接线方式

不同类型的牵引变电所，2路进线电源采用不同的电气主接线方式，总体来讲，分为2路进线之间有桥接开关的桥式接线和2路进线之间不带桥接开关的直接连接方式两种。

1.1 桥式接线

2路电源进线分别经过隔离开关和断路器连接至2台牵引变压器的一次侧，在2路电源引入线之间用带隔离开关的横向母线将其连接，主接线如图1所示。

图1 桥式接线

1.2 直接连接方式

牵引变电所2路电源进线分别经过隔离开关和断路器直接连接至牵引变压器的一次侧，2路电源进线变压器侧不设置联络开关，电气主接线如图2所示。

图2 直接接线

2 变电所备自投功能

铁路牵引变电所备自投包括进线备自投和主变备自投两种功能，主要实现当牵引变电所进线电源故障或变压器故障时，能够自动将故障进线或变压器退出运行，自动投切至备用进线和变压器运行，完成电源或变压器的主备转换，该备自投功能是由牵引变电所内综合自动化系统备自投装置实现。

2.1 桥式接线下的自投模式

对于桥式接线方式，牵引变电所可以实现直列供电和交叉供电，即1#进线带1#主变运行模式和1#进线带2#主变运行模式，自投方式如表1所示。

表1 桥式接线下的自投模式

以1#进线+1#主变运行模式为例，初始状态时，GK1、DL1、DL3合位，GK2、GK3、DL2、DL4分位。当1#进线失压且2#进线有压时，备自投启动，当非直列优先时，分DL3、DL1、GK1，合GK2、GK3、DL1、DL3，动作完毕则备自投成功。当1#主变故障时，备自投启动，当非直列优先时，分DL3、DL1、GK1，合GK1、GK3、DL2、DL4，动作完毕则备自投成功。

2.2 直接连接方式下的自投模式

对于直接连接方式，牵引变电所只能进行直列供电，即1#进线带1#主变运行或2#进线带2#主变运行，对应自投方式如表2所示。

表2 直接接线方式下的自投模式

以1#进线+1#主变运行模式为例，初始状态时，GK1、DL1、DL3合位，GK2、DL2、DL4分位。当1#进线失压或1#主变故障且2#进线有压时，备自投启动，分DL3、DL1、GK1，合GK2、DL2、DL4，动作完毕则备自投成功。

3 变电所备自投存在的典型问题

3.1 自投装置检测开关动作过程的问题

一般高铁变电所进线电压等级为220 kV或330 kV，按照国家电网相关要求，牵引变电所内还配置有保护220 kV或330 kV电源进线的线路保护装置，同时该保护装置将铁路牵引变电所变压器高压侧的220 kV或330 kV断路器接入保护控制回路，当线路出现故障时，保护装置将发出开入信号，驱动220 kV或330 kV断路器跳闸。地方电力线路故障导致牵引变电所进线失压，启动自投，而不同综自厂家自投装置的判断逻辑不同，有的自投装置只检测开关的分合位，有的自投装置需要检测开关由合到分的过程，导致自投启动失败。举例说明：

针对图2中无跨条隔开直接接线的高铁变电所，以1#进线+1#主变运行模式为例，初始状态时，GK1、DL1、DL3合位，GK2、DL2、DL4分位。自投逻辑：当1#进线失压且2#进线有压时，备自投启动，分DL3、DL1、GK1，合GK2、DL2、DL4，动作完毕则备自投成功。

正是由于变电所内配置有地方电力电源线路保护装置，地方电源线路故障时，线路保护装置已出口断开了变压器高压侧断路器（即DL1），故当牵引变电所自投装置因进线失压，由失压保护动作出口断开DL1时，线路保护装置已先于自投装置断开了DL1，自投装置检测不到DL1由合到分的过程，最终导致自投终止，自投失败。

3.2 进线和主变同时故障下的自投问题

针对变电所进线侧无跨条隔开的电气主接线方式，因自投模式较简单，不论是1#进线失压还是1#变压器故障，均由1#系统自投至2#系统运行，2#进线失压或2#变压器故障均由2#系统自投至1#系统运行。对于桥式接线的牵引变电所，目前所内综合自动化系统备自投装置逻辑功能大部分只能完成一种故障情况下的自投，即进线失压启动自投或变压器故障启动自投，对于进线失压和变压器故障两种故障同时存在的情况，部分综合自动化系统自投装置无法启动自投，自投失败。具体分析下列两种情况：

（1）当变电所附近发生金属性短路或变压器低压侧电气设备发生金属性短路故障时，都将产生比较大的短路电流，而较大的短路电流又会产生较大的电动力，一是可能造成变压器非电量保护动作，二是会造成变电所运行变压器进线侧电压被拉低的情况。

（2）当变电所运行变压器故障，同时运行进线失压，也会产生两种故障同时存在的现象。

4 优化建议

（1）解决自投装置检测开关动作过程的问题的建议[2]：一是优化设计，将牵引变电所内地方线路保护装置设计为针对牵引变电所变压器高压侧断路器只发告警或只启动不出口，不驱动断路器跳闸，断路器跳闸由牵引变电所进线失压保护完成；二是完善自投逻辑程序，将自投装置检测故障系统开关由合到分的过程，优化为判断开关由合到分或开关在分位两种模式。以上两种措施均可实现自投正常启动。

（2）针对变电所综合自动化系统备自投功能，结合现场实际应用情况，应考虑在各种因素条件下造成的进线电压低（或进线失压）及变压器故障两种故障同时存在的情况发生，完善备自投逻辑功能，具备在进线故障及变压器故障同时存在情况下的自投功能。比如当前牵引变电所为1#进线带1#变压器运行，当发生1#进线失压及1#主变故障时，备自投装置应启动，将自动投切至2#进线带2#主变运行；当变电所1#进线带2#变压器运行，发生1#进线失压及2#变压器故障时，自投装置启动，自动投切至2#进线带1#变压器运行；当2#进线带2#变压器运行，发生2#进线失压及2#变压器故障时，备自投启动，自动投切至1#进线带1#变压器运行；当2#进线带1#变压器运行，发生2#进线失压及1#变压器故障时，备自投启动，自动投切至1#进线带2#变压器运行模式。

具体的自投模式如表3所示。

表3 优化后桥式接线下的自投模式

以1#进线+2#主变运行模式为例，初始状态为GK1、GK3、DL2、DL4合位，GK2、DL1、DL3分位。当1#进线失压且2#主变故障，同时检测2#进线有压时，备自投启动，分DL4、DL2、GK3、GK1，合GK2、GK3、DL1、DL3，动作完毕则备自投成功，转换为2#进线+1#主变运行模式。

5 结语

目前国内铁路供电系统牵引变电所综自保护装置厂家不尽相同，其保护装置保护原理、保护逻辑基本相同，但又不完全一致。从现场工程应用实际来看，部分综自厂家的备自投装置逻辑还存在一些不足和需要优化完善的方面。为适应当前铁路安全、高效、可靠的运输要求，进一步提高铁路供电可靠性，减少故障停时，通过对以上两种自投装置保护逻辑典型问题的分析，供行业内及综自保护装置厂家技术人员借鉴，不断优化完善自投保护逻辑，以提高自投功能的完备性。