论直流电源在牵引变电所安全运行中的关键作用

李四旺 上海铁路局调度所

在牵引变电所安全运行过程中，直流供电系统有着关键的作用，提供牵引变电所内的控制、保护、信号等二次回路的电源。直流装置是否稳定，直流回路是否安全，对牵引变电所的安全运行有着十分重要的意义。

在运行的牵引变电所中，由于忽视直流装置的安全运行，不能及时发现和处理直流系统出现的隐患和问题，从而导致牵引变电所供电设备事故的事件屡有发生。因此，牵引变电所直流系统的安全问题，应当引起牵引变电所运行管理人员的高度重视。

1 直流电源故障案例

2007 年7 月，陇海线某牵引变电所发生严重供电设备事故。其主要原因是该牵引变电所直流电源装置故障没有及时发现，在所内出现短路故障时保护装置失去工作电源不能正常工作，故障电流没有被及时切断，从而致使牵引变电所馈线断路器、隔离开关、控制盘、保护盘、电流互感器等多种高低压设备烧损，使得该牵引变电所退出运行近半个多月。

2004 年5 月，京广线某开闭所发生供电设备烧损事故，其原因是牵引变电所直流装置故障没有被及时发现。相邻开闭所值班员误将接地线挂在有电的隔离开关上，引起牵引供电高压设备短路故障。由于牵引变电所保护装置在供电系统发生短路故障时直流电压过低（当时设计牵引变电所两台自用变都是由主变二次供电，没有10 kV 自用变），保护装置失效，没能及时切断短路故障，致使开闭所进线隔离开关、断路器、控制盘、保护盘、故标盘等多种高低压牵引供电设备烧损，开闭所退出运行近一年。

以上两起牵引供电设备大面积损坏都是由牵引变电所直流装置回路故障引起的。事故不仅造成巨大的财产损失，还使相关牵引变电所、开闭所长时间退出运行，严重影响了正常的铁路运输秩序。

2 牵引变电所直流装置的现状及缺陷

牵引变电所直流装置的工作原理如图1 所示。

图1 牵引变电所直流装置的工作原理图

2.1 保护装置直流电源的引入和分配

目前在我局管内陇海线、京沪线各牵引变电所多采用南京自动化有限公司生产的牵引变电所综合自动化系统（简称综自系统）。该套综自系统直流回路，沿用了我国常用的柜顶直流母线贯通的做法，将直流电源通过电缆接入电容器柜中空气开关，然后通过空气开关再接入柜顶直流母线，每个柜的直流电源再从柜顶小母线引入（如图2）。

图2 综自柜直流供电回路接线示意图

从图2 可以看出，电容器柜两个直流空气开关就是整个综自柜所有直流电源的总开关。生产厂家考虑到直流负荷的因素，使用了两个空气开关，并联向直流母线供电。另外，从图中看出，除了综自盘本身的直流负荷外，接触网两个分相负荷开关（301、302）的直流电源也同样由综自盘顶小母线引出。

整个综自盘上，每一套装置都对应一路直流空气开关，每个装置出现故障不会影响其他装置的正常运行。盘上的所有空气开关容量都是6 A，每个空气开关厂家都设有跳闸报警装置。当任意一路直流负荷发生短路故障造成空气开关跳闸后，综自后台监控系统都会发出报警信号。

从综自整个直流回路运行情况来看，如果直流回路出现问题，无论是综自装置出现问题，还是任意一条直流回路出现问题都会有跳闸报警。值班员或调度员可以根据报警及时查找每个直流回路，及时发现和处理回路故障。

2.2 直流供电回路中存在的问题

从直流盘的供电回路图中我们可以看到每条馈出回路都单独设立空气开关，并且都带有空开跳闸报警装置，当每条直流馈出回路出现短路跳闸后都会发出报警信号。同样，从综自盘直流供电回路中我们同样可以看到所有直流负荷也都单独设立空气开关，并且同样带有空开跳闸报警装置，当盘内任意回路发生短路故障空开跳闸后也会发出报警信号，表面上看整个直流供电回路都在可以监控的范围。

但是，在这个直流供电回路中存在着一个薄弱环节，它就是电容器盘的两个直流进线并联空气开关。这两个空气开关安装在综自盘，直流盘监控系统无法监控它们。当他们同时跳闸整个综自盘所有直流电源都消失后，综自监控系统因为失去工作电源也无法正常工作，同样也不能监控他们。因此，当这个环节发生问题后无论是直流盘监控系统还是综自盘监控系统都不会发出报警信号。

实际上仅仅不能报警并不是问题所在，关键在于一旦这两个空气开关同时跳闸，且又不能及时发出报警信号，综自盘直流电源失电将严重威胁牵引变电所安全运行。电容器盘两个进线直流空气开关同时跳闸，如果不报警且供电调度或值班人员没有及时发现，这时牵引变电所内所有保护装置都将停止工作，正在向接触网供电的牵引变电所将在完全没有任何保护的情况下带电运行。这时一旦牵引供电回路发生短路故障，就会造成与前面两起牵引供电设备事故一样的严重后果，使牵引变电所一、二次设备大量烧损，特别是在雷雨天气雷电造成牵引供电回路短路的情况更容易发生。这种两个直流空气开关同时跳闸的现象，在目前运行的牵引变电所中曾发生过不止一次。由于值班人员及时发现，才没有造成比较严重的后果。

从综自盘直流母线馈出的各直流回路方面来看也有不妥之处。首先，用于综自盘直流进线的两个空气开关与各个盘每条直流馈出回路的空气开关容量同为6 A，容量偏小，在正常情况下这两个空气开关就接近半负荷工作，当出现短路情况时这两个空气开关随时可能跳闸。另外，用于向接触网分相无电区送电的分相电动隔离开关电源也是从综自盘直流母线上馈出，这样当分相电动隔离开关在室外遭遇雷击或绝缘击穿时由于其端子箱接地电阻远比变电所地网接地电阻要大的多，势必造成分相隔离开关机构箱部分设备烧损，并由直流电缆将雷电或短路电流引入牵引变电所二次盘内，造成综自设备烧损。

近期发生在陇海线文庄牵引变电所网上分相隔离开关直流电源空气开关与电容器盘两个直流进线空气开关同时跳闸的现象就发生在雷雨天, 且不能排除两个进线电源空气开关跳闸的情况是由于分相开关直流空气开关跳闸引起的。这次空气开关短路跳闸不仅使分相开关的跳位继电器烧损，还造成综自盘主变后备保护装置烧损。

3 建议采取的防范措施

3.1 直流屏改进

对现有南自厂直流供电回路电容器盘两个进线开关进行改造，增大综自电容器盘上两个进线直流开关的容量，用两个40 A 空气开关代替直流盘原来两个6 A 的空气开关，使该容量与直流盘馈出线空气开关容量相同，这样在综自盘直流馈出回路出现短路故障时电容器盘的两个进线空气开关就不会轻易跳闸。

另外，可以直接取消电容器盘两个进线直流空气开关，用直流盘向综自盘供电的空气开关作为综自盘的主供开关。这样无论是直流盘上的空气开关还是综自盘上的直流空气开关都有相应的监控装置进行监控，消除了空气开关跳闸不能报警的隐患，避免空气开关跳闸不报警的现象发生，从而提高直流供电系统的安全可靠性。

3.2 分相负荷开关直流电源改进

将两台接触网分相负荷开关的直流电源改为直接从直流盘引出，将容易遭受雷击的所外设备直流电源与保护装置直流电源分开，从而保证保护电源相对单一，提高保护装置电源的可靠性。

4 结论

综上所述，牵引变电所直流电源装置的可靠、稳定，对牵引变电所的安全运行有着举足轻重的作用，在牵引变电所日常运行、维护和设备检修过程中都应当作为重点加以高度重视。只有保证牵引变电所直流电源的安全运行，才能确保牵引供电系统安全运行。