鐵路變電所直流自用電系統(tǒng)絕緣故障分析處理獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

鐵路變電所直流自用電系統(tǒng)絕緣故障分析處理獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：在牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，鐵路變電所直流自用電系統(tǒng)與其他系統(tǒng)是不相聯(lián)的，如果發(fā)生絕緣故障，保護(hù)裝置拒動(dòng)，危及電網(wǎng)的安全，擴(kuò)大停電范圍，中斷供電，干擾動(dòng)車組運(yùn)行秩序。本文從高速鐵路牽引變電所現(xiàn)場工作實(shí)際出發(fā)，逐一分析直流用電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)帶來的危害，并提出處理方法。

關(guān)鍵詞：牽引變電所;故障危害分析;處理方法

1直流用電系統(tǒng)故障會(huì)影響供電干擾行車

2018年1月30日23：50貴廣客專線，供電調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)將兩安變電所II回2#變倒至I回1#變運(yùn)行，101QF控制電源開關(guān)無法合閘;間接造成1#變高壓側(cè)無保護(hù)運(yùn)行長達(dá)14小時(shí)，存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)查本次故障原因是同時(shí)出現(xiàn)正、負(fù)極接地故障后導(dǎo)致101QF控制電源開關(guān)無法合閘。因此直流系統(tǒng)發(fā)生故障，威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行，同時(shí)可能干擾動(dòng)車組運(yùn)行秩序。

2牽引變電所直流系統(tǒng)構(gòu)成及作用

直流用電系統(tǒng)由直流回路、蓄電池、直流負(fù)載和充電裝置四部分組成（圖1），充電模塊主要采用高頻開關(guān)電源，其主要功能是將交流電源變成成穩(wěn)定的直流電源同時(shí)給蓄電池充電，以確保蓄電池處于隨時(shí)可供電的狀態(tài)。蓄電池其功能主要是在交流電源斷電時(shí)能夠?qū)崟r(shí)地提供二次回路所需要的直流供電，目前采用閥控式鉛酸電池GFM。直流負(fù)載主要包含保護(hù)裝置、繼電器線圈、熔斷器及控制開關(guān)等。目前牽引變電所直流系統(tǒng)輸出的電壓都是110V，主要為牽引變電所內(nèi)的繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置及各種信號裝置等二次設(shè)備提供工作電源，為斷路器和電動(dòng)隔離開關(guān)提供操作電源，還為在牽引變電所用電交流系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)牽引變電所提供照明和相關(guān)設(shè)備應(yīng)急操作用電，以保證變電所二次設(shè)備能夠工作，保證故障處理恢復(fù)交流系統(tǒng)供電。但直流系統(tǒng)對脆弱，保護(hù)能力比較差，因此直流系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在不可控的風(fēng)險(xiǎn)。

3變電所直流系統(tǒng)絕緣故障分類及成因

牽引變電所直流自用電系統(tǒng)相對復(fù)雜，與其連接的二次設(shè)備或裝置很多，比如控制二次回路、合閘二次回路、保護(hù)二次回路、信號二次回路等回路都與之相互連接，因此很難做到對直流系統(tǒng)做到全面檢修或是將所有的零部件更換。因此直流用電系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障是接地故障，絕緣接地故障細(xì)分可分為正極接地、負(fù)極接地、正負(fù)兩極接地。

3.1直流用電系統(tǒng)設(shè)備故障。

直流自用電系統(tǒng)長時(shí)間工作后，會(huì)出現(xiàn)部分設(shè)備會(huì)出現(xiàn)老化，直流系統(tǒng)設(shè)備故障導(dǎo)致中斷供電，變電所保護(hù)裝置無法工作，此時(shí)發(fā)生設(shè)備故障，供電系統(tǒng)面臨解列的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2環(huán)境因素。

由于變電所處的自然環(huán)境惡劣，回路潮濕絕緣降低或遭到鼠害破損等情況，直流系統(tǒng)接地故障概率。

3.3施工質(zhì)量不佳。

變電所施工時(shí)過程控制不嚴(yán)格，將控制電纜損壞，嚴(yán)重降低直流系統(tǒng)的絕緣能力，進(jìn)而發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障，列如貴廣線兩安變電所因接在1#主變重瓦斯繼電器正極導(dǎo)線破損出現(xiàn)絕緣降低發(fā)生正極接地，屬施工遺留隱患。

3.4技術(shù)操作不到位。

現(xiàn)場作業(yè)人員操作錯(cuò)誤造成直流自用電系統(tǒng)接地故障，主要是貪圖操作方便或操作失誤造成接地故障，表現(xiàn)為在帶電二次回路上進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)，不慎將設(shè)備金屬外殼與直流電源接觸，瞬間導(dǎo)致直流自用電系統(tǒng)接地。

4變電所直流自用電系統(tǒng)接地故障危害及處理

4.1直流開關(guān)跳閘及處理

直流控制開關(guān)跳閘多數(shù)情況都是負(fù)荷側(cè)發(fā)生短路引起，必須將短路故障排除后方可合閘送電，如果未排除短路故障時(shí)而多次合閘送電，會(huì)擴(kuò)大故障范圍，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)熔斷直流總保險(xiǎn)（圖1），會(huì)造成整個(gè)牽引變電所癱瘓，因此處理短路故障后才能將空氣開關(guān)合上。

4.2充電機(jī)回路設(shè)備故障及處理

目前，我局管內(nèi)直流系統(tǒng)均采用高頻開關(guān)整流器，運(yùn)用軟開關(guān)變換技術(shù)，4臺(tái)高頻開關(guān)整流器并聯(lián)運(yùn)行向直流負(fù)荷供電（圖2），并供給電池組充電，二次回路相關(guān)設(shè)備發(fā)生接地故障會(huì)影響整流。例如：2018年10月13日柳南客專五塘AT所，就是因?yàn)橹绷麟妷焊綦x變送器出現(xiàn)故障充電機(jī)無法工作。高頻開關(guān)整流器都是并聯(lián)運(yùn)行，任意一個(gè)出現(xiàn)故障，保護(hù)動(dòng)作，這個(gè)時(shí)候整流模塊的均流和外控功能將會(huì)不起作用，但是故障整流模塊不會(huì)影響其它整流模塊的正常工作。高頻開關(guān)整流器支持帶電插拔，因此允許不行停電進(jìn)行更換故障整流模塊。

4.3變電所直流系統(tǒng)接地危害

正常情況下，直流自用電系統(tǒng)其正極和負(fù)極的絕緣電阻阻值相同，正極和負(fù)極對地電壓相等。當(dāng)直流自用電系統(tǒng)正極或者負(fù)極發(fā)生接地時(shí)（圖3），正極和負(fù)極之間電壓差將會(huì)增大，對直流自用電系統(tǒng)有非常大的影響，非常大的危害。

①直流系統(tǒng)正極接地，如圖3中E點(diǎn)所示，可能出現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)，即牽引變電所自動(dòng)裝置或繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)異常動(dòng)作，造成開關(guān)動(dòng)作分閘，接觸網(wǎng)無電，影響行車。

②直流自用電系統(tǒng)負(fù)極接地，如圖3中F點(diǎn)所示，可能造成開關(guān)不動(dòng)作。牽引變電所控制回路的設(shè)備正常都是接在負(fù)極，如果同時(shí)出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)自動(dòng)裝置或保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作不正確，甚至造成直流系統(tǒng)正極和負(fù)極發(fā)生短路，繼電器線圈通過大電流將其燒毀，保護(hù)裝置損壞。

③直流系統(tǒng)正極和負(fù)極同時(shí)接地是最糟糕的，如圖3中E點(diǎn)和F點(diǎn)同時(shí)發(fā)生接地短路，兩極接地會(huì)使空氣開關(guān)跳閘或燒毀熔斷器，蓄電池糟破壞，更嚴(yán)重甚至引起爆炸。如兩安變電所101QF控制開關(guān)無法合閘，是因?yàn)檎?fù)極同時(shí)接地造成的。不管是哪一種接地情況，對變電所的直流系統(tǒng)都會(huì)帶來巨大的危害，影響牽引變電所正常運(yùn)行。

4.4變電所直流系統(tǒng)接地查找方法

排查絕緣接地故障原則是先查主控室外外面的，后查主控室里面，先查備用系統(tǒng)設(shè)備后查運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)備，主要方法有：

①拉回路法。

這是查找直流自用電系統(tǒng)絕緣故障的方法中最實(shí)用最簡單且最有效的方法。其操作步驟為：首先是切斷信號回路供電，其次是切斷照明回路供電，再次是切斷操作回路供電，最后是切斷保護(hù)回路供電。相關(guān)技術(shù)人員要?jiǎng)?chuàng)新維護(hù)措施，綜合考慮直流自用電系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高接地故障位置判斷的準(zhǔn)確性，在降低故障查找難度的同時(shí)提高查找效率。

②選線裝置監(jiān)測法。

選線裝置監(jiān)測法是利用在線實(shí)時(shí)監(jiān)測確定直流自用電系統(tǒng)接地故障位置，是通過選線裝置檢測直流自用電系統(tǒng)所有部分對地絕緣情況，做到快速檢測到的接地故障情況，并將接地故障回路的編號顯示在報(bào)告信息中。目前各個(gè)大廠家生產(chǎn)直流絕緣監(jiān)察裝置均帶有此功能，方便確定故障回路，不再需要逐一拉回路。選線裝置監(jiān)測法能夠檢測到接地回路，但無法確定該接地回路的接地位置。

③便攜式直流系統(tǒng)接地定位裝置監(jiān)測法。

利用便攜裝置確定直流自用電系統(tǒng)接地故障的位置，不同于選線裝置監(jiān)測法它的主要檢測目標(biāo)是直流自用電系統(tǒng)接地的具體位置。這種方法與前兩種方法相比優(yōu)勢較為明顯，它不需要切斷直流回路電源就可以排查找接地故障。在動(dòng)車組密集運(yùn)行區(qū)段，采用先進(jìn)設(shè)備排除接地故障會(huì)成為今后主要