牵引变电所设置馈线大电流闭锁重合闸改善主变压器运行条件措施的探讨

孟必强

（大秦铁路股份有限公司 大同西供电段，山西大同037005）

近年来，大秦线牵引变电所馈线多次发生近端短路大电流跳闸故障，对供电设备造成了很大的危害，同时给运输生产造成极大影响，经济上造成巨大损失。为此，研究牵引变电所馈线保护对改善牵引变压器运行条件有着重要作用，对提高牵引供电系统的供电质量和可靠性，保证铁路运输安全意义重大。

1 近端短路典型事故案例分析

近年来大秦线牵引变电所发生的近端短路典型事故案例，如表1。

表1 近年来大秦线牵引变电所近端短路跳闸事故案例

上述3起事故都是近端短路故障，馈线开关跳闸时主变差动或瓦斯保护同时启动，馈线开关合闸或重合闸到近端短路故障点上，大电流冲击导致主变压器（以下简称主变）内部故障。

2007－12－09湖东变电所跳闸原因是湖东站重车场电力机车受电弓故障引起接触网近端短路，造成馈线265断路器速断动作，几次大电流冲击引起2＃主变烧损故障。跳闸后检查发现变压器瓦斯继电器内有气体。对瓦斯继电器内气体、变压器内部绝缘油取样进行试验分析，试验结果油中一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、总烃、氢气含量严重超标。检查变压器内部发现绝缘包扎炸开散乱，变压器分接开关故障，不能投入运行，拆卸变压器附件后返厂大修。

2008－09－04翠屏山2＃主变跳闸当时该地区出现强雷雨天气，从故障标示数据看故障点距变电所较近，只有1.18km，211开关跳闸短路电流较大，瞬时大电流使主变内部T座绕组发生故障引起重瓦斯保护动作。跳闸后进行高压试验T座绕组直流电阻为0.212 Ω（75℃）、M 座绕组直流电阻为0.105Ω（75℃），T座绕组直流电阻与2007年数据比较同一温度下变化达到108%（标准为2%），严重超标。变压器厂家技术人员确认此变压器T座线圈内部故障，变压器不能继续运行。更换了一台新75MVA变压器。

2009－11－04翠屏山变电所跳闸原因为站场供电线跨越接触网施工时，断线搭接在接触线上造成跳闸。211断路器跳闸及重合闸两次大电流冲击1＃主变，加上一次强送211断路器时6 777A的短路电流再次对主变造成冲击，使变压器内部绕组发生故障，引起差动保护动作。跳闸后高压试验发现变压器线圈的绝缘电阻下降，B相直流电阻增大，绝缘油色谱分析结果油中有电弧放电。打开变压器内部进行检查，发现变压器由于受到短路电流电动力造成引线、线圈变形，不能继续投入运行。更换了一台新75MVA变压器。

2 近端短路故障对变电所电气设备的危害

变电所馈线发生近端短路故障时保护启动断路器跳闸后，馈线重合闸动作。如果是永久性故障，开关会重合到故障线路上，再次启动保护跳闸。主变在短时间内经受多次大短路电流的冲击，严重威胁到主变运行安全。

供电线路短路时，短路冲击电流通过牵引变电所电气设备，产生很大的电动力和很高的温度，除对主变造成危害外，对变电所其他电气设备和母线绝缘子等设备的安全运行也产生极大的危害，致使设备遭到严重破坏，甚至导致牵引供电系统瘫痪，中断供电。

变电所馈线发生近端短路故障后短路电流很大，如果此时闭锁重合闸，进一步查明故障原因后再送电可以避免故障升级，缩小事故范围减少损失。

3 防止近端短路损伤主变的措施

3.1 牵引变电所馈线保护设置大电流闭锁重合闸

对牵引变电所发生的近端短路大电流跳闸数据进行分析研究，提出在变电所馈线保护上设置大电流闭锁重合闸的功能，避免开关重合在故障点的情况，以降低近端短路电流对主变的危害。以大秦铁路为例，针对各个综合自动化设备厂家的馈线微机保护装置，制定不同的大电流闭锁重合闸方法。

国电南自动化设备的牵引变电所馈线微机保护装置控制字里有大电流闭锁重合闸的功能。控制字中投入此功能，保护定值中输入大电流闭锁重合闸电流定值即可实现。馈线既有保护定值不变，当阻抗保护、电流速断保护动作跳闸时，若短路电流达到设定的大电流定值，则闭锁重合闸。若短路电流未达到设定的大电流定值，阻抗保护、电流速断保护动作，不闭锁重合闸。

天津凯发的牵引变电所馈线微机保护装置不同类型保护的重合闸可以单独投退，设置电流速断保护不启动重合闸即可实现大电流闭锁重合闸功能，将既有电流速断保护电流定值设置为闭锁重合闸电流定值。设置后电流速断保护动作后闭锁重合闸，阻抗保护不闭锁重合闸。

北京国际控制有限公司的牵引变电所馈线微机保护装置不能直接设置大电流闭锁重合闸，要求厂家重新开发了牵引变电所馈线大电流闭锁重合闸的程序，使用新程序将既有保护装置的程序进行刷新后实现了大电流闭锁重合闸功能。其大电流闭锁重合闸逻辑功能如图1。

图1 大电流闭锁重合闸功能逻辑图

3.2 变电所馈线闭锁重合闸功能投入后分区所不检压重合闸改进

如图2，牵引变电所上下行馈线在供电臂末端通过分区所断路器实现并环运行。当变电所馈线故障211断路器跳闸时，分区所断路器241同时跳闸，将故障线路切除。正常情况下，变电所和分区所开关跳闸后会重合一次，如果是瞬间故障将自动恢复对接触网线路的供电。

变电所馈线设置大电流闭锁重合闸后，当变电所馈线跳闸电流大于重合闸闭锁电流时，馈线断路器跳闸后不启动重合闸，由于分区所断路器重合闸检压条件是检上、下行两路均有压才启动重合闸，此时分区所断路器也不重合。此时不可强送，需查明原因后方可送电。需要强送时，先用闭合分区所断路器环供试送，试送成功说明是瞬时故障，再闭合变电所断路器。试送失败说明是永久性故障。

如果遥控或手合分区所闭环断路器强送电，会造成一定的送电延时。为缩短停电时间，尽可能减少对运输的影响，对设置了大电流闭锁重合闸功能供电臂的分区所并联断路器重合闸条件有必要进行修改，实行不检压重合闸，且将分区所断路器重合闸延时由3.5s调整为4s，变电所2s不变。

取消分区所并联断路器检两路有压重合闸条件，实行不检压重合。供电线路故障中，如果是瞬时性故障，变电所和分区所跳闸后都会重合成功；如果是永久性故障，变电所故障一侧馈线211跳闸后闭锁重合闸或重合失败，分区所241跳闸重合于故障点时，由于分区所断路器阻抗保护动作时限0.25s，变电所馈线阻抗Ⅱ段动作时限0.5s，所以分区所241保护会先于变电所212启动跳闸切除故障，不会影响另一侧馈线正常供电。

如果变电所馈线上、下行、分区所并联断路器同时跳闸，上、下行重合失败，分区所断路器会在上、下行线路均无电的情况下自动重合一次，可根据现场实际情况将分区所并联断路器遥控或手动分闸，也不会造成影响。

实施大电流闭锁重合闸和分区所不检压重合后，既可防止变电所断路器重合闸到近端短路的线路上，又可以避免瞬间故障时中断供电，可有效的降低大短路电流对主变的冲击，从而改善主变的运行环境，防止近端冲击电流导致主变内部故障，提高变压器运行可靠性。

4 结束语

为了改善主变压器运行条件，在牵引变电所设置馈线大电流闭锁重合闸的方案，不增加设备，不增加投资，只需修改馈线保护设置或修改保护装置程序即可，方法简单可行。2010年在大秦线、北同蒲线各牵引变电所馈线保护均设置了大电流闭锁重合闸功能，同时相应的对分区所的闭环断路器重合闸设置为不检压重合闸。经过近一年来的运行检验，运行情况良好，再未发生过一起由于合闸到近端短路的线路上而导致的主变开关跳闸或主变内部故障的事件，有效的改善了牵引变电所主变压器的运行环境，提高了牵引变电所供电可靠性。