牽引變電所備自投功能應(yīng)用探討與分析

韋 強(qiáng)

0 引言

我國(guó)電氣化鐵路牽引變電所一次側(cè)電壓等級(jí)常用110 kV、220 kV或330 kV，其中普速鐵路牽引變電所多采用110 kV電壓等級(jí)，高速鐵路牽引變電所多采用220 kV或330 kV電壓等級(jí)。高鐵、普鐵變電所均有2路電源進(jìn)線，不同的只是變壓器一次側(cè)電氣主接線方式不同，但基本采用橋式接線（H型）和雙T接線兩種方式。當(dāng)電源線路故障或牽引變壓器故障時(shí)，所內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)備自投裝置將自動(dòng)完成備用進(jìn)線電源或變壓器的切換，從而恢復(fù)所內(nèi)設(shè)備正常供電[1]。然而結(jié)合近幾年管內(nèi)或鐵路供電行業(yè)內(nèi)相關(guān)牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備備自投功能應(yīng)用情況及相關(guān)故障案例，有必要對(duì)牽引變電所備自投功能邏輯及需要進(jìn)一步完善的部分進(jìn)行詳細(xì)分析，以期對(duì)業(yè)內(nèi)同行有所參考。

1 牽引變電所進(jìn)線電氣主接線方式

不同類型的牽引變電所，2路進(jìn)線電源采用不同的電氣主接線方式，總體來(lái)講，分為2路進(jìn)線之間有橋接開(kāi)關(guān)的橋式接線和2路進(jìn)線之間不帶橋接開(kāi)關(guān)的直接連接方式兩種。

1.1 橋式接線

2路電源進(jìn)線分別經(jīng)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器連接至2臺(tái)牽引變壓器的一次側(cè)，在2路電源引入線之間用帶隔離開(kāi)關(guān)的橫向母線將其連接，主接線如圖1所示。

圖1 橋式接線

1.2 直接連接方式

牽引變電所2路電源進(jìn)線分別經(jīng)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器直接連接至牽引變壓器的一次側(cè)，2路電源進(jìn)線變壓器側(cè)不設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，電氣主接線如圖2所示。

圖2 直接接線

2 變電所備自投功能

鐵路牽引變電所備自投包括進(jìn)線備自投和主變備自投兩種功能，主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)牽引變電所進(jìn)線電源故障或變壓器故障時(shí)，能夠自動(dòng)將故障進(jìn)線或變壓器退出運(yùn)行，自動(dòng)投切至備用進(jìn)線和變壓器運(yùn)行，完成電源或變壓器的主備轉(zhuǎn)換，該備自投功能是由牽引變電所內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)備自投裝置實(shí)現(xiàn)。

2.1 橋式接線下的自投模式

對(duì)于橋式接線方式，牽引變電所可以實(shí)現(xiàn)直列供電和交叉供電，即1#進(jìn)線帶1#主變運(yùn)行模式和1#進(jìn)線帶2#主變運(yùn)行模式，自投方式如表1所示。

表1 橋式接線下的自投模式

以1#進(jìn)線+1#主變運(yùn)行模式為例，初始狀態(tài)時(shí)，GK1、DL1、DL3合位，GK2、GK3、DL2、DL4分位。當(dāng)1#進(jìn)線失壓且2#進(jìn)線有壓時(shí)，備自投啟動(dòng)，當(dāng)非直列優(yōu)先時(shí)，分DL3、DL1、GK1，合GK2、GK3、DL1、DL3，動(dòng)作完畢則備自投成功。當(dāng)1#主變故障時(shí)，備自投啟動(dòng)，當(dāng)非直列優(yōu)先時(shí)，分DL3、DL1、GK1，合GK1、GK3、DL2、DL4，動(dòng)作完畢則備自投成功。

2.2 直接連接方式下的自投模式

對(duì)于直接連接方式，牽引變電所只能進(jìn)行直列供電，即1#進(jìn)線帶1#主變運(yùn)行或2#進(jìn)線帶2#主變運(yùn)行，對(duì)應(yīng)自投方式如表2所示。

表2 直接接線方式下的自投模式

以1#進(jìn)線+1#主變運(yùn)行模式為例，初始狀態(tài)時(shí)，GK1、DL1、DL3合位，GK2、DL2、DL4分位。當(dāng)1#進(jìn)線失壓或1#主變故障且2#進(jìn)線有壓時(shí)，備自投啟動(dòng)，分DL3、DL1、GK1，合GK2、DL2、DL4，動(dòng)作完畢則備自投成功。

3 變電所備自投存在的典型問(wèn)題

3.1 自投裝置檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程的問(wèn)題

一般高鐵變電所進(jìn)線電壓等級(jí)為220 kV或330 kV，按照國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)要求，牽引變電所內(nèi)還配置有保護(hù)220 kV或330 kV電源進(jìn)線的線路保護(hù)裝置，同時(shí)該保護(hù)裝置將鐵路牽引變電所變壓器高壓側(cè)的220 kV或330 kV斷路器接入保護(hù)控制回路，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)裝置將發(fā)出開(kāi)入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)220 kV或330 kV斷路器跳閘。地方電力線路故障導(dǎo)致?tīng)恳冸娝M(jìn)線失壓，啟動(dòng)自投，而不同綜自廠家自投裝置的判斷邏輯不同，有的自投裝置只檢測(cè)開(kāi)關(guān)的分合位，有的自投裝置需要檢測(cè)開(kāi)關(guān)由合到分的過(guò)程，導(dǎo)致自投啟動(dòng)失敗。舉例說(shuō)明：

針對(duì)圖2中無(wú)跨條隔開(kāi)直接接線的高鐵變電所，以1#進(jìn)線+1#主變運(yùn)行模式為例，初始狀態(tài)時(shí)，GK1、DL1、DL3合位，GK2、DL2、DL4分位。自投邏輯：當(dāng)1#進(jìn)線失壓且2#進(jìn)線有壓時(shí)，備自投啟動(dòng)，分DL3、DL1、GK1，合GK2、DL2、DL4，動(dòng)作完畢則備自投成功。

正是由于變電所內(nèi)配置有地方電力電源線路保護(hù)裝置，地方電源線路故障時(shí)，線路保護(hù)裝置已出口斷開(kāi)了變壓器高壓側(cè)斷路器（即DL1），故當(dāng)牽引變電所自投裝置因進(jìn)線失壓，由失壓保護(hù)動(dòng)作出口斷開(kāi)DL1時(shí)，線路保護(hù)裝置已先于自投裝置斷開(kāi)了DL1，自投裝置檢測(cè)不到DL1由合到分的過(guò)程，最終導(dǎo)致自投終止，自投失敗。

3.2 進(jìn)線和主變同時(shí)故障下的自投問(wèn)題

針對(duì)變電所進(jìn)線側(cè)無(wú)跨條隔開(kāi)的電氣主接線方式，因自投模式較簡(jiǎn)單，不論是1#進(jìn)線失壓還是1#變壓器故障，均由1#系統(tǒng)自投至2#系統(tǒng)運(yùn)行，2#進(jìn)線失壓或2#變壓器故障均由2#系統(tǒng)自投至1#系統(tǒng)運(yùn)行。對(duì)于橋式接線的牽引變電所，目前所內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)備自投裝置邏輯功能大部分只能完成一種故障情況下的自投，即進(jìn)線失壓?jiǎn)?dòng)自投或變壓器故障啟動(dòng)自投，對(duì)于進(jìn)線失壓和變壓器故障兩種故障同時(shí)存在的情況，部分綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自投裝置無(wú)法啟動(dòng)自投，自投失敗。具體分析下列兩種情況：

（1）當(dāng)變電所附近發(fā)生金屬性短路或變壓器低壓側(cè)電氣設(shè)備發(fā)生金屬性短路故障時(shí)，都將產(chǎn)生比較大的短路電流，而較大的短路電流又會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)力，一是可能造成變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作，二是會(huì)造成變電所運(yùn)行變壓器進(jìn)線側(cè)電壓被拉低的情況。

（2）當(dāng)變電所運(yùn)行變壓器故障，同時(shí)運(yùn)行進(jìn)線失壓，也會(huì)產(chǎn)生兩種故障同時(shí)存在的現(xiàn)象。

4 優(yōu)化建議

（1）解決自投裝置檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程的問(wèn)題的建議[2]：一是優(yōu)化設(shè)計(jì)，將牽引變電所內(nèi)地方線路保護(hù)裝置設(shè)計(jì)為針對(duì)牽引變電所變壓器高壓側(cè)斷路器只發(fā)告警或只啟動(dòng)不出口，不驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘，斷路器跳閘由牽引變電所進(jìn)線失壓保護(hù)完成；二是完善自投邏輯程序，將自投裝置檢測(cè)故障系統(tǒng)開(kāi)關(guān)由合到分的過(guò)程，優(yōu)化為判斷開(kāi)關(guān)由合到分或開(kāi)關(guān)在分位兩種模式。以上兩種措施均可實(shí)現(xiàn)自投正常啟動(dòng)。

（2）針對(duì)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)備自投功能，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，應(yīng)考慮在各種因素條件下造成的進(jìn)線電壓低（或進(jìn)線失壓）及變壓器故障兩種故障同時(shí)存在的情況發(fā)生，完善備自投邏輯功能，具備在進(jìn)線故障及變壓器故障同時(shí)存在情況下的自投功能。比如當(dāng)前牽引變電所為1#進(jìn)線帶1#變壓器運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生1#進(jìn)線失壓及1#主變故障時(shí)，備自投裝置應(yīng)啟動(dòng)，將自動(dòng)投切至2#進(jìn)線帶2#主變運(yùn)行；當(dāng)變電所1#進(jìn)線帶2#變壓器運(yùn)行，發(fā)生1#進(jìn)線失壓及2#變壓器故障時(shí)，自投裝置啟動(dòng)，自動(dòng)投切至2#進(jìn)線帶1#變壓器運(yùn)行；當(dāng)2#進(jìn)線帶2#變壓器運(yùn)行，發(fā)生2#進(jìn)線失壓及2#變壓器故障時(shí)，備自投啟動(dòng)，自動(dòng)投切至1#進(jìn)線帶1#變壓器運(yùn)行；當(dāng)2#進(jìn)線帶1#變壓器運(yùn)行，發(fā)生2#進(jìn)線失壓及1#變壓器故障時(shí)，備自投啟動(dòng)，自動(dòng)投切至1#進(jìn)線帶2#變壓器運(yùn)行模式。

具體的自投模式如表3所示。

表3 優(yōu)化后橋式接線下的自投模式

以1#進(jìn)線+2#主變運(yùn)行模式為例，初始狀態(tài)為GK1、GK3、DL2、DL4合位，GK2、DL1、DL3分位。當(dāng)1#進(jìn)線失壓且2#主變故障，同時(shí)檢測(cè)2#進(jìn)線有壓時(shí)，備自投啟動(dòng)，分DL4、DL2、GK3、GK1，合GK2、GK3、DL1、DL3，動(dòng)作完畢則備自投成功，轉(zhuǎn)換為2#進(jìn)線+1#主變運(yùn)行模式。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)鐵路供電系統(tǒng)牽引變電所綜自保護(hù)裝置廠家不盡相同，其保護(hù)裝置保護(hù)原理、保護(hù)邏輯基本相同，但又不完全一致。從現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用實(shí)際來(lái)看，部分綜自廠家的備自投裝置邏輯還存在一些不足和需要優(yōu)化完善的方面。為適應(yīng)當(dāng)前鐵路安全、高效、可靠的運(yùn)輸要求，進(jìn)一步提高鐵路供電可靠性，減少故障停時(shí)，通過(guò)對(duì)以上兩種自投裝置保護(hù)邏輯典型問(wèn)題的分析，供行業(yè)內(nèi)及綜自保護(hù)裝置廠家技術(shù)人員借鑒，不斷優(yōu)化完善自投保護(hù)邏輯，以提高自投功能的完備性。