黄万线10 kV电力贯通线频繁跳闸分析及对策

2013-05-10胡明忠

铁路技术创新 2013年2期

■ 胡明忠

黄万线10 kV电力贯通线的主要功能是为黄骅东、羊三木、窦庄子、郭庄子、北港农场、大港水库6个车站提供Ⅰ路信号电源，是信号主电源。如何有效预防线路跳闸，或及时恢复供电、缩短停电时间，确保运行安全稳定显得尤为重要。

1 线路运行概况

黄万线10 kV电力贯通线电源由黄骅南配电所324开关供出，2006年8月3日投入运行，线路总长度68.385 km（按公里标计）。其中，架空线路约49 km，其余为电缆线路。截至2012年5月25日，运行将近70个月，共发生跳闸30起，计60次（“起”的含义：同一时间段内，因同一故障原因导致的跳闸，称为1起。在1起复杂故障中，可能会引起多次跳闸）。其中有明确跳闸原因的3起，其余均原因不明。与相同等级线路相比，此线路的跳闸次数偏多，对运输造成了一定干扰。

2 线路跳闸统计

2.1 分类统计

黄万线自2006年投运以来，继电保护中电流元件出口跳闸的分类统计见表1。

2.2 数据综合分析

通过以上统计数据可以发现，30起跳闸中，有20起发生在天气不良的情况，而且均为相间短路故障，故障电流在80 A以下的为20起。按年度统计，跳闸起数除2009年、2010年呈下降趋势外，其余均呈逐年递增趋势。跳闸月份集中在3—5月，每年基本一致，占总跳闸起数的50%，且逐月递增；6—10呈逐月递减之势，11月份有所增多，12月、1月和2月这3个月份从未发生过跳闸。

3 线路试验

3.1 试验参考标准

表1 黄万线10 kV电力贯通线跳闸分类统计

（1）GB T 19519—2004《标称电压高于1 000 V的交流架空线路用复合绝缘子—定义、试验方法及验收准则》。

（2）GB 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》。

3.2 试验项目

（1）电力线路：采用工频耐压试验，电压等级分别为6 kV、10 kV、12 kV、15 kV，最高为15 kV，是额定电压的2.5倍。试验前、后分别测试单相绝缘电阻，2 500 V档位，不应低于400 MΩ。

（2）电力电缆：采用直流泄露试验，试验电压10 kV，试验1 min，每公里不应超过20μA，试验前、后分别测试 A、B、C三相对地绝缘及钢铠引出线对地绝缘。

（3）分段器：检测两侧1.2 kVA单相变压器绕组绝缘，具体包括：高压绕组—低压绕组及地（绝缘表2 500 V档）；低压绕组—高压绕组及地（绝缘表1 000 V档）；高压绕组—低压绕组（绝缘表2 500 V档）。

（4）避雷器：进行特性试验，即直流泄露1 mA下的电压及75%该电压下的泄漏电流，单只避雷器不应大于50μA，试验前、后分别进行绝缘测试，10 kV避雷器绝缘电阻不应该小于10 000 MΩ。

3.3 试验结果

3.3.1 002#—242#杆线路试验情况

晴好天气（湿度42%、温度36℃），线路绝缘子、避雷器、电缆绝缘各试验指标合格。试验077#—129#区段架空线路时，因空气湿度达94%、温度16 ℃，线路绝缘电阻值降至3.8 MΩ（标准≥400 MΩ），避雷器绝缘电阻值降至1 220 MΩ（标准≥10 000 MΩ）。可见，环境湿度对线路绝缘影响较大。

3.3.2 242#—687#杆线路试验情况

郭庄子站395#分段器，两侧单相变压器绕组绝缘偏低：395-1#变压器高压—低压及地82 MΩ；395-2#变压器高压—低压及地132 MΩ。

将395#分段器相关设备接入线路，394#—396#区段模拟工况运行条件单独进行测试，线路A相对地绝缘39.3 MΩ；B相1970 MΩ；C相36.3 MΩ（标准≥400 MΩ）。15 kV工频耐压下泄漏分别为A相5.62 mA、B相1.24 mA、C相5.91 mA。测试时环境温度20.6 ℃、湿度55%。

其余电力架空线路绝缘、工频耐压均合格；电力电缆直流泄漏及各相绝缘均合格；避雷器特性试验结果均合格。

3.3.3 避雷器和针式绝缘子抽样试验情况

根据GB 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》标准，各类设备的短时（1 min）工频耐受电压（有效值）规定：系统标称电压（有效值）10 kV的母线支柱绝缘子，干试电压标准为42 kV、湿试电压标准为30 kV。

对17只绝缘子进行试验。干试时，所有绝缘子短时（1 min）耐受电压均超过42 kV，试验过程中有轻微的放电声，但无破坏性放电出现。在喷洒海水15 min后进行湿试试验时，有3只在“喷洒海水”后耐压达到30 kV时出现间断性闪络，未引起试验仪器跳闸。按照GB 311.1—1997绝缘子合格标准判定为全部合格。

对16只避雷器进行试验，干试、湿试过程中，所有避雷器工频耐受电压都在32 kV时，因避雷器泄露电流过大，引起试验仪器跳闸，避雷器表面无放电出现。按照GB 311.1—1997绝缘子合格标准判定为全部合格。

通过检测，避雷器在工频耐受电压32 kV时泄露突然增大，17个被抽查的针式绝缘子中，有3个在“喷洒海水”耐压达到30 kV时出现闪络，小于避雷器32 kV的动作电压，如果遇到雷电冲击，则绝缘子的表面先出现闪络。即：如果遇到过电压情况，绝缘子先于避雷器闪络，造成开关跳闸，未能使避雷器发挥应有的维持线路电压水平的目的。

4 跳闸原因分析

通过分析黄万线10 kV电力贯通线跳闸统计数据，结合试验结果，可初步判断引起跳闸的原因有4个方面。

4.1 线路被异物短接

累计发生在4—5月的故障有14起（占故障总起数46.7%），跳闸35次（占跳闸总次数58.3%）。由于季节特点，大风天气会将异物刮上线路。另外，鸟窝、鸟患也在此时间段密集发生，造成线路跳闸。措施：工队需增加巡视次数，缩短巡视周期，及时发现并清理线路上的鸟窝和异物。

4.2 线路遭受雷击

6—9月发生故障11起（占故障总起数36.7%），跳闸15次（占跳闸总次数25%）。雷雨季节，如果同时有两相线路被雷电击中，避雷器若不及时释放雷击电流，就会造成线路过电压，超过绝缘子的湿闪电压，造成绝缘子闪络，引起线路跳闸。措施：与避雷器配套安装放电计数器，对雷击线路区段有效监控；同时，检修避雷器接地装置，使接地电阻不大于4 Ω（标准为不大于10 Ω）。

4.3 低温冷雾条件下，绝缘下降

3月和11月发生故障4起（占故障总起数13.3%），跳闸9次（占跳闸总次数15%）。冬季前后的天气特点是低温、多雾、湿度大。在平推测试过程中，测试黄骅南管内077#—129#架空线路时，当日湿度达94%、温度16 ℃，线路绝缘电阻值降至3.8 MΩ（标准≥400 MΩ），避雷器绝缘电阻值降至1 220 MΩ（标准≥10 000 MΩ），可见低温潮湿天气会使线路绝缘严重下降，绝缘薄弱处就会发生污闪、湿闪。措施：可采取增大绝缘子爬距和清扫绝缘子的方法，提高线路绝缘。在冬季前后的大雾天气来临之前，完成清扫工作，减少由于低温冷雾天气造成的线路跳闸。

4.4 线路长大，电容电流影响

按照TB 10008—1999《铁路电力设计规范》规定，“电力贯通线路10 kV配电所之间距离为40～60 km。”肃宁—黄骅港段两配电所距离最长为49.271 km，黄万主线路架空和电缆总长达到73.790 km，远大于设计规范。由于线路过长，电容电流也会成为线路跳闸的原因之一。措施：可采取分段供电的方式，在线路中间增加200 kVA调压器作为隔离，增强线路阻抗，改变线路参数，避免由于线路参数不当引起跳闸。

5 对策

（1）修改黄骅南配电所324断路器微保装置过流和速断定值。经设计院对线路定值和短路电流的初步计算，结合几年来的跳闸分析，采取增大过流和速断定值的措施，使其躲过电容电流波动的变化，避免因电容冲击电流过大造成跳闸。已将黄骅南配电所324断路器微保装置保护定值过流Ⅰ段由原来的60 A调整为90 A，过流Ⅱ段由原来的21.6 A调整为36 A。

（2）更换部分可疑设备。将测试绝缘电阻较低的395-1#、395-2#两台1.2 kVA变压器和部分有闪络放电痕迹的绝缘子、避雷器进行了更换。

（3）分段器控制箱内安装过电流继电器及掉牌继电器。目前，已在黄万线6架分段的控制箱内安装了电流继电器，用于监测故障产生的位置，为故障区段的准确区分奠定了基础。黄万线10 kV贯通线由于线路太长，跳闸电流数据变化范围较大，而且按照设计院的短路计算值，许多短路跳闸电流均超过线路末端的短路电流，致使线路的故障范围扩大到整条线路。不能准确定位故障区段时，盲目采取大范围措施，势必增加不必要的成本支出。加装电流继电器以便准确判断故障区段。

（4）安装短路接地故障指示器。在黄万线可能引起跳闸原因的区段安装短路接地故障指示器，当重合失败时，故障指示器会翻牌保持至送电成功。短路接地故障指示器与第（3）条措施配套使用，以便在线路跳闸时，确认故障产生的区段，找出准确部位，然后结合电流继电器动作情况，对确认为重点区段的绝缘子、避雷器进行专项整修，避免全线更换绝缘子、避雷器，做到合理使用维修成本。

（5）黄骅南—黄骅东区间的避雷器更换为甩脱式避雷器。安装甩脱式避雷器的目的是为了当避雷器发生故障时，通过压力释放脱落体的自动脱落，使地线与避雷器脱离，可确保线路在避雷器发生故障后仍能安全运行。已将黄骅南—黄骅东区间的6组避雷器更换为甩脱式避雷器。