影响大秦线牵引变电所安全可靠性的因素探讨

李兴荣

(大秦铁路股份有限公司大同西供电段，山西 大同 037005)

影响大秦线牵引变电所安全可靠性的因素探讨

李兴荣

(大秦铁路股份有限公司大同西供电段，山西 大同 037005)

随着大秦线运量的逐年增加，牵引负荷大幅度增加，给牵引供电设备带来很大冲击，大秦线牵引变电所安全可靠性问题愈显突出。一旦发生故障，必将给铁路运输造成巨大损失。以可靠性原理为指导，重点分析大秦线2亿吨扩能改造后，影响牵引变电所安全可靠性的各种因素，对主变压器过负荷跳闸、主变压器本体故障、开关及保护装置故障等对牵引变电所影响较大的故障现象进行分析。以主变压器过负荷跳闸为例，建立故障树模型并进行可靠性分析，找出导致故障的最底层原因事件，提出了提高大秦线牵引变电所安全可靠性的措施，并对实施结果进行评价。

牵引变电所;安全;可靠性;分析

1 概述

大秦线作为铁路重载运输的示范线，2003年完成1.2亿吨运量任务后，以后每年以5千万吨的运量递增。2005年大秦线牵引供电进行了2亿吨扩能改造。大秦线各变电所亭通过对既有所亭设备改造，同时新增变电所亭，缩短供电臂长度，扩充变电所供电能力。大秦线牵引供电虽然经过了2亿吨扩能改造，但是随后几年运量逐年递增，导致牵引供电容量不足。同时改造时部分开关及变压器设备利旧继续运行，长期承受大负荷电流导致设备老化加速，故障率上升，牵引变电所运行可靠性下降，影响到整个牵引供电系统的可靠性下降。

2 影响大秦线牵引变电所运行可靠性的主要因素

通过对2亿吨扩能改造后的大秦线牵引变电所运行状况进行分析，认为大秦线供电设备存在的主要问题一是在牵引负荷逐年增加的情况下牵引主变压器容量突显不足，主变过负荷现象越来越严重;二是利旧设备电气性能不稳定可靠性低，矛盾集中体现在主导电回路开关故障较频繁;三是车流密度大接触网负荷重，线路故障多，对主变运行冲击较严重，导致主变故障偶有发生;四是部分牵引变电所上级电源系统供电可靠性低和系统供电容量不足，影响到牵引变电所供电电压质量，可靠性降低。受上述各种因素的影响，运行中牵引变电设备故障率较高，导致牵引供电系统的可靠性下降。

2.1 主变压器过负荷跳闸

大秦线2亿吨扩能改造供电设备进行了增容。但是随后运量快速增加，牵引负荷迅速提升，使得部分牵引变电所供电臂馈线最大负荷电流超过设计值。到2008年大秦线14个变电所，28个牵引供电臂，有11个供电臂最大负荷电流超过设计最大电流，供电容量不足或接近不足的占68%。运行中经常发生主变压器过负荷跳闸或过负荷报警，部分供电臂开关频繁过电流跳闸，更无法满足越区供电能力的要求。经统计，2006～2008年三年大秦线牵引变电所主变过负荷跳闸达241件，过负荷跳闸累计停电延时857min。主变频繁过负荷跳闸，严重时引起电气接点过热导致设备故障。由于容量不足，供电能力下降，大大降低了牵引供电系统的可靠性，严重影响大秦线正常的运输生产。

2.2 开关及保护装置故障

大秦线扩能改造后部分设备利旧继续运行，老化状况明显。尤其是110kV开关和27.5kV开关故障率较高，经常出现110kV断路器液压机构故障、27.5kV开关机构卡滞拒动等问题。微机保护装置由于电子元件抗干扰能力低，运行受牵引负荷环境影响，故障率较高。2006～2008三年中，开关及保护装置故障共发生30多件，导致系统运行不可靠。

2.3 主变压器故障

2亿吨扩能改造部分主变压器利旧使用，设备老化且容量不足，运行中发生故障。较为典型的是2007年12月9日湖东变电所和2008年9月4日翠屏山变电所由于近点短路导致主变压器内部故障，最终更换了主变压器，2台变压器故障停电时间累计达38天，严重影响到系统运行的可靠性。

2.4 外电影响牵引变电所

上级110kV电源质量的好坏对牵引变电所电源可靠性有直接影响。大秦线2亿吨扩能改造后仍然有11个牵引变电所主变压器二次最低电压波动幅度超过规定范围，其中8个变电所最低电压波动幅度超过20%以上，大大超过《铁路电力牵引供电设计规范》的规定范围，使得牵引变电所供电安全可靠性大大下降。

3 大秦线牵引变电所可靠性故障树分析

随着运量增加，大秦线牵引负荷越来越大，牵引供电系统设备运行安全风险也越来越高。要降低风险，就要不断提高设备运行可靠性，从而减少牵引变电所设备故障。通过对大秦线牵引变电所运行情况进行分析研究，我们认为影响大秦线牵引变电所可靠性的主要因素有主变频繁过负荷跳闸、开关机构及保护故障、主变压器故障、上极电源影响供电质量等方面问题，如图1所示。对大秦线2亿吨扩能改造后牵引变电所三年的设备故障数据进行统计分析，主变压器过负荷跳闸占到总故障跳闸次数的70%以上，主变过负荷跳闸导致的停电时间占到总故障停电时间的80%以上。我们用故障树分析法重点对主变压器过负荷跳闸的问题进行分析。

图1 牵引变电所不可靠因素分解示意图

3.1 故障树分析法

故障树分析法是把系统出现的故障作为要分析的顶事件，首先分析造成顶端事件的直接因素，然后找出直接因素是由哪些下级原因引起，层层分析引起顶事件的各种原因，直到找出最原始最底层的因素(底事件)为止。故障树的建立就是找出故障和造成故障的各种原因之间的逻辑关系，把这个逻辑关系用框图和逻辑符号的形式表示出来。

3.2 主变压器过负荷故障树建模

主变压器频繁过负荷跳闸严重影响列车的正常运行，对铁路的运力造成较大影响。主变压器过负荷的原因主要有三个方面:一是主变压器能力不足，这可能是由于机车调度安排不合理造成某一时段通过列车过于密集从而导致主变过负荷，也可能是主变压器自身能力不足以应付目前的负荷情况;二是保护定值设定不合理导致频繁跳闸;三是保护装置本身故障造成误动从而导致主变压器跳闸。我们以主变压器过负荷跳闸为顶事件建立的故障树模型如图2所示。

图2 主变压器过负荷故障树模型

3.3 主变压器过负荷故障树分析

根据图2故障树模型判断各个事件之间的逻辑关系，建立逻辑关系式为:

根据上面逻辑关系式建立主变过负荷跳闸的逻辑关系图如图3所示。

图3 主变过负荷跳闸逻辑关系图

从图3的逻辑关系图中可以看出，造成主变压器过负荷跳闸的底事件原因有 B1、B2、B3、B4、B5、B6 等6个方面，相比之下，B2事件(变压器设计容量不足)更为突出，但是同样不能排除行车设置不合理等原因导致主变压器某一时间段瞬间电流过大而跳闸。采用相同的方法，我们可以对影响牵引变电所安全可靠性的其他因素建立故障树模型进行分析，得出导致各种故障事件的全部底层因素，也就是导致事件的全部原因，有针对性的消除这些最基本的因素，才能从根本上解决顶事件的发生。

4 提高大秦线牵引变电所安全可靠性的措施

通过分析，我们得到影响大秦线牵引变电所安全可靠性的主要因素，并以故障树分析法得出导致不可靠事件的最底层原因。提高牵引变电所安全可靠性，就是要想办法消除这些最底层事件的发生。以提高大秦线牵引变电所可靠性为目的，我们提出以下治理措施:

4.1 针对性地治理主变压器过负荷跳闸

一是改善牵引网供电臂的结构，大秦线4亿吨扩能改造方案提出在大秦线增加2座牵引变电所、5座分区所、6座AT所，缩短了供电臂的距离，也相应的减少了牵引变电所的负荷;二是通过技术措施提高主变压器的负载能力，比如将自冷式牵引变压器自冷冷却方式改为强制风冷，可在一定范围内提高变压器的过负荷能力;三是对容量不足的牵引主变压器进行增容;四是根据负荷情况和主变过载能力，对变电所主变的过负荷跳闸保护整定值进行调整。比如把大秦线变电所主变过负荷保护动作值从1.5倍调整为2倍，跳闸延时由90s调到120s，在变压器可以承受的范围内，最大限度地增加了运行中主变压器的过负荷能力，减少过负荷跳闸。

4.2 加大对设备缺陷的整治力度

针对发生较多的开关及保护装置故障、充油设备故障、电气接点过热等故障，采取相应的设备整治措施。例如对开关机构的专项整治;对大秦线运行不稳定的部分真空断路器平推检修，统一更换故障率较高的部件;对故障率较高的110kV DL液压机构进行解体大修等，可以有效地提高开关设备运行的可靠性。例如针对大秦线西段高寒地区冬季变压器绝缘油固化的问题，组织对AT变及动力变25号绝缘油更换为45号油，防止冬季极低温时绝缘油固化变压器瓦斯保护误动作的问题。通过有针对性地组织设备专项整治，解决设备存在的典型问题、共性问题，消除设备隐患，有效地提高设备运行的可靠性。

4.3 制定科学的预防性检修试验策略

传统的预防性试验每年按周期进行一次，一些在试验周期内隐患无法及时准确及早发现，同时耐压试验等破坏性试验有可能导致设备隐患，缩短设备的运行寿命。这种不考虑设备运行状态的定期试验，带有一定的盲目性。通过对变电设备运行信息进行综合分析，根据设备运行年限和运行状况逐一综合判断，对新投运的设备、利旧设备和运行稳定的设备区别对待，对预防性检修试验的周期及项目根据设备运行质量相应地进行科学的调整，使牵引变电所设备预防性试验的针对性更强，效率更高，提高设备运行质量和运行可靠性。

4.4 采取行之有效的运行管理手段

提高设备运营单位的运行管理水平，对提高牵引变电所设备运行的可靠性是非常必要的。充分利用大秦线视频监控系统和远动控制系统，对变配电所亭进行优化管理，加大对无人所亭的巡视检查力度，提高全线变电设备的管理水平和效率。针对不同季节中牵引变电设备运行情况及故障情况具有不同特点，做到预防为主，超前预测，提前着手，在各个季节典型气候来临之前对设备有针对性地进行整治和防范。防止雨天积水设备基础变形、设备室漏雨引起故障;防止雷雨天气绝缘部件污闪跳闸;防止高温天气及大负荷下电气接点或设备过热;防止冬季设备油位、气压、液压过低发生故障等。通过运行管理制度的制定和落实，提高设备管理水平，降低设备故障率，从而提高变电所的安全可靠性。

5 效果评价及结论

2008年以来，大秦线牵引供电系统进行了4亿吨扩能改造，采取了一系列的整治措施，比如增设牵引变电所数量以缩短供电臂距离、主变压器增容、更换状态不良设备等措施。在此期间，大秦线牵引变电所加强了检修、预防性试验、运行管理等各方面工作，尤其在设备状态监控和设备检修整治方面下大力气，根据设备运行趋势分析安排设备专项整治。经过采取有效措施，牵引变电设备故障有了明显的下降。2009年主变压器过负荷跳闸有了较大幅度的减少，较上一年下降75件;过负荷跳闸总停电时间较上一年下降267分钟。2009年其他类型的故障件数较上一年减少9件，大秦线牵引变电所的供电安全可靠性得到了明显的提升。实践证明，以可靠性理论为基础分析和指导牵引变电所运行管理，可以更高效地找出影响牵引变电所安全可靠性的最根本因素，从而采取针对性的解决措施，有效地提高牵引变电所的安全可靠性。

［1］ 何颖．牵引变电所的可靠性研究［J］．电气化铁路牵引变电所新技术研讨会，2004:62－65．

［2］ 何廷文．牵引供电系统可靠性分析［J］．水电能源科学，2009，27(3):196 －198，205．

［3］ 李军智．基于GO法的牵引变电所可靠性研究［D］．成都:西南交通大学，2009:3－10．

［4］ 林飞．牵引供电系统可靠性指标体系与可靠性分析［D］．成都:西南交通大学，2006:3－13．

［5］ 赵建平．铁路电力设备的状态检修技术探讨［J］．铁道机车车辆，2008(4):76－78．

Discussion on Safety and Reliability Factors Affecting Daqin Traction Substation

LIXing-rong
(Datong West Power Supply Section，Daqin Railway Co．，Ltd．，Datong 037005，China)

With Daqin line traffic increase year by year，the traction load substantial increase，it has a great impact on the traction power supply equipment，Daqin line safety and reliability of traction substation show highlights．Once the failure，it is bound to cause huge losses to the rail transport．Reliability theory as a guide，focusing on analysis of the Daqin line of 200 million tons after the expansion and reconstruction，a variety of factors affect the traction substation security and reliability，themain transformer overload trip，the failure of the main transformer body，switches and protective devices failure traction substation affect the larger phenomenon of the failure analysis．Overload trip as an example to the main transformer，construct the fault treemodel and have a reliability analysis，find out themost underlying reason causing the failure event，and improve the Daqin traction substation security and reliability measures，and evaluate the results．

traction substation;security;reliability;analysis

TM71

B

1004－289X(2012)04－0101－04

2012－05－20

李兴荣(1971－)，女，大秦铁路股份有限公司大同西供电段，助理工程师。