铁路信号两路电源的合环倒路分析

刘汝谦 王 莹 胡国星

（北京铁路局北京供电段，北京 100036）



铁路信号两路电源的合环倒路分析

刘汝谦 王 莹 胡国星

（北京铁路局北京供电段，北京 100036）

本文根据现场的运行经验，对铁路信号等重要行车负荷两路电源的合环倒路情况进行了介绍和分析，认为自闭、贯通线路的合环倒路，不仅要投入“检同期”保护，还应进行合环选跳，并指出要根本解决电源短时停电对铁路信号等重要行车负荷供电的影响，应采取通过EPS不间断电源的方式供电。

铁路；信号；两路电源；合环倒路

目前，虽然低压电源切换装置基本可以满足一般用户的使用要求，但为了确保重要用户的重要负荷电源切换时，不会出现短时间断供电的情况，供电公司和重要用户电源倒路时，还是采用合环倒路的方式。

近年来，随着铁路建设的高速发展，对铁路电力供电可靠性的要求也越来越高。在日常的维护检修工作中，为了保证不间断供电，提高供电可靠性，在倒负荷时必须采取不间断供电的合环倒路的措施。运行实践表明，如果合环时两路电源的线路参数发生变化，产生较大的压差，合环瞬间可能出现较大的合环电流，引起继电保护动作，从而造成铁路信号等重要行车负荷电源短时停电。电源短时停电对铁路行车的影响日益突出，直接干扰了正常的铁路运输秩序。下面对铁路信号电源的合环倒路情况做简要的介绍和分析。

1　变压器低压侧的合环倒路

为了满足供电可靠性的要求，确保用电设备不会因电源短时停电而影响正常使用，目前供电公司在变压器等电力设备检修需停电时，已经普遍采取合环倒路的措施，10kV主变的低压合环及选跳控制原理如图1所示。

在1#变压器退出运行之前，先合上445，然后再分开401。这样1#、2#变压器会有短时的合环运行。为了防止合环操作时，401、402、445由于合环电流过大，引起不可控的跳闸，需投入合环选跳功能。10kV主变的低压合环及选跳控制原理如图1所示。

图1中，1QF为401断路器的辅助接点，2QF 为402断路器的辅助接点，3QF为445断路器的辅助接点，断路器在合闸位置时其常开接点闭合；1TQ 为401断路器的跳闸线圈，2TQ为402断路器的跳闸线圈，3TQ为445断路器的跳闸线圈。401、402、445的跳闸回路应各自使用两路切换后的电源，确保始终有电。如果1#主变检修需退出运行时，需将QK放置在401位，此时QK的①、②接通，合上445的瞬间3QF常开接点闭合，使ZJ线圈励磁，其常开接点闭合，1TQ线圈励磁401跳闸，达到合环选跳401的目的；检修工作结束，恢复正常运行方式时，需将QK放置在445位，此时QK的⑤、⑥接通，合上 401的瞬间1QF常开接点闭合，使 ZJ线圈励磁，其常开接点闭合，3TQ线圈励磁445跳闸，达到合环选跳445的目的。

图1　10kV主变的低压合环及选跳控制原理图

下面以我单位某配电室的两台主变为例，具体说明两台10kV变压器低压侧合环时环流的情况。

该配电室在开通运行时，10kV及低压400V母线均进行了核相，相位一致。变压器二次额定电流约为 2309A；1#主变短路阻抗为 6.04%，2#主变短路阻抗为6.08%。短时合环前测得401的负荷电流为858A，402的负荷电流为570A；10kV 4#母线、5#母线 PT二次压差 AA′∶0.85V，BB′∶1.56V，CC′∶1.30V；变压器二次的联络445两侧母线压差aa′∶7.3V，bb′∶7.5V，cc′∶9.1V。

该配电室变压器低压主进开关（如图2的401、402），长延时按1.3Ie（3001.7A）整定，时限120s；短延时按6Ie（13854A）整定，时限0.4s。理论上分析短时合环，合环电流不会造成断路器保护动作跳闸。

变压器低压侧合环操作的前提条件，必须是401所带的4#母线与402所带的5#母线要经过核相。即两台变压器的电源的初相角及两台变压器的容量基本相同。上级220kV或110kV供电系统是在合环运行状态，变压器的接线组别一致。

如果是如图2所示的供电系统，由于401上级变电站的变压器接线组别是Y/Y-12型，而402上级变电站的变压器接线组别是 Y/△-11型，初相角相差了30°，合环时就会产生很大的合环电流，将造成断路器因继电保护动作而跳闸。

图2　上级电源系统不同对合环的影响

如果两路电源的相位不同，将会造成相间短路，甚至可能烧毁变压器。2006年我单位两个配电室间的自闭线路合环倒闸时，由于相位接错，造成一台10kV调压器烧毁，所以说合环操作前应证明合环开关两侧相位一致（可以存在较小的差值），否则合环操作存在很大的风险。

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2　铁路供电线路中的合环倒路

铁路行车信号、大站电气集中、驼峰道岔自动集中等设备生产连续性要求很高，短时停电时间要求不得超过0.15s，否则信号设备就无法正常工作。因此，为信号等重要行车负荷供电的电源停电前，电源切换时一般均采取合环倒路的方式。大站枢纽配电室与供电公司签定的调度协议，允许两路10kV电源短时合环倒路，并投入合环选跳保护。铁路总公司及北京铁路局《电力管理细则》等管理文件中均明确规定10kV信号电源检修需停电时应采取“并相倒闸”的方式，或者提前通知电务段利用“天窗点”（夜间没有行车的时间）倒路。为了满足合环条件的需要，我们在为信号供电的自闭、贯通馈出回路，配备了10kV 1∶1的有载调压器，合环操作前，根据相邻配电室合环回路的电压情况调整电压。

2.1两路信号电源的低压合环倒路

由于为信号楼供电的变压器容量都比较小，低压负荷电流一般不大于 10A。为了在信号电源检修时，不间断供电，我们在为信号供电的主、付路电源间安装了的低压“并相刀闸”。低压并路刀闸示意图如图3所示。

图3　低压并路刀闸示意图

在信号变压器二次合环操作之前，要检查“并路刀闸”两侧同一相的电压差；现场职工只能通过测量变压器二次电压的方法，大致判断两路电源角差的大致情况，一般要求变压器二次同相压差在40V以下才允许合环操作，此时两路电源的角差约为10°，一般不会造成断路器保护动作跳闸。实际操作时，一般压差在10V左右。变压器二次压差、角差关系如图4所示。

图4　低压并路时的角度关系

2.2两路信号10kV电源的合环倒路

一般铁路沿线约50km左右就要设置一座10kV配电室，相邻配电室之间有为信号供电的 10kV自闭、贯通线路，安装的变压器专为信号等重要行车设备供电，如图5所示。

自闭、贯通线路的正常运行方式是：为信号供电的主路电源自闭线路，由上行配电室向下行配电室主送，下行配电室“备投”；为信号供电的备用电源贯通线路，由下行配电室向上行配电室主送，上行配电室“备投”。当上行配电室电源失压时，下行配电室的电源“备投”。当上行配电室电源需要停电退出运行时，下行配电室电源需先合闸投入运行即合环，上行配电室供电的电源再退出运行。

图5　自闭、贯通线的运行方式

合环倒路的前提条件是合环的两路电源要进行核相、投入检同期保护。合环操作前相邻配电室需根据彼此的电压情况进行调压。满足同期合环条件后才能够进行合环操作，如果装置报“检同期失败”则无法进行合环操作。配电室自闭、贯通线路的供电系统图如图6所示。

图6　配电室自闭、贯通线路供电系统

2000年以前铁路为信号供电的10kV配电室，大多采用电磁保护，母线侧大多采用“三相五柱”PT，线路PT大多采取两只单相PT的V型接线。两路电源检同期采用的同步继电器，一般整定的压差为40V，可以计算得出母线线电压AB与线路PT的线电压A′B′的角度约为23°，如图7所示。

图7　两路10kV电源压差、角差关系

目前，为信号供电的 10kV配电室，已大多采用微保装置，线路PT改为三只PT的星型接线。10kV两路电源 PT均采取星型接线时压差与角差的关系如图7所示。计算表明在20°范围内，压差与角差的数值接近，测量两路电源的压差，基本能够确定两路电源的角差。

在实际合环操作中，由于上、下行配电室的上级电源以及自闭、贯通线路的参数发生变化，合环时两路电源的两侧产生较大的压差、角差，合环瞬间出现较大的合环电流，引起过流保护动作。

以图 7所示的 10kV自闭线路为例，合上 226合环时，222、226过流保护动作而速断保护没有动作，说明：①微保装置检同期满足设置的条件（压差15V，角差20°）；②合环时环流并不是很大。

实践表明合环倒路成功时，两路电源的压差一般不大于5V。但如果微保装置检同期设置的条件过于苛刻，合环时必然因“检同期失败”而无法操作。一般微保装置检同期比较的是两路电源的线电压。

现场测得 225-9与 226-9PT二次压差 AA′∶12V，BB′∶10V，CC′∶5V，合环的两路电源之间最大的角差约为12°。自闭供电线路全长约40km，其中电缆线路约11.2km，架空线路约28.5km；为2台30kVA、1台20kVA三相变压器，2台5kVA、3 台1.2kVA单相变压器供电，正常负荷电流6A左右。

由于供电线路约有 10km绝缘导线，导线的截面 35mm2、50mm2、70mm2均有，甚至还有约350mZLQ2油浸纸绝缘铝包电缆，所以计算线路的电阻、电抗、合环电流比较困难。在相位正确的前提下，一般合环电流为20～30A之间。222柜过流保护的定值为30A，0.5s、226柜过流保护的定值为，16A，0.5s，合环时过流保护很可能动作。

有些现场运行人员在合环操作之前，采取解除相应的过流保护压板的方法。在上行配电室的 222停电需退出运行时，合上226之前，解除226柜的过流保护压板，合上226的瞬间，如果合环电流造成过流保护动作，上行配电室要退出运行的222跳闸，下行配电室的226不会跳闸。区间“开口”作业完毕，合环恢复正常运行方式时，解除上行配电室222柜的过流保护压板，合环的瞬间，如果合环电流造成过流保护动作，下行配电室要退出运行的226跳闸，上行配电室的222不会跳闸。

采取这种方式，存在着一定的风险：一般自闭、贯通柜只设置一个电流保护出口压板，过流、速断保护出口不单独设置压板。现场一般是通过修改微保装置内部控制字的方法，解除过流保护的“软压板”。这种操作方式对于现场值班人员有不妥之处，频繁操作难免出现疏漏。

3　解决信号电源短时停电的办法

综上所述采用两路电源合环倒路方式具有一定的风险，操作也存在一定的难度。供电设备出现设备故障是不可避免的。信号设备虽然是双路电源供电，“用一备一”，但是在电务电源切换过程中，也有可能因为设备故障，使信号等重要行车设备无法正常使用，影响行车安全。

所以提出解决信号电源短时停电的办法：

（1）在自闭、贯通柜上设置合环选跳压板，合环时接通需退出运行柜的选跳压板。如222要退出运行，合上226之前接通222柜的合环选跳压板。合环保护的定值，要保证故障时有一定的灵敏度且与上级过流保护定值配合，时间上相差0.2s。如222柜合环保护可整定为5A/0.3s，226柜合环保护可整定为4A/0.3s。

（2）信号等重要行车负荷采用 EPS不间断电源的供电方式。目前广播、电视，一些铁路局普速信号设备等重要负荷已经广泛采用了EPS不间断电源，我局高铁信号供电也采用了EPS不间断电源。

EPS不间断电源的供电方式，是在重要负荷的供电回路中串接大容量蓄电池组，经过EPS变换成交流电再为负荷供电，供电回路的电源发生短时停电时，可以通过蓄电池组不间断的为重要负荷供电。采用EPS不间断电源的供电方式，虽然一次性投资较大，但可以大大提高铁路信号等重要行车负荷的供电安全，带来的经济效益显著，建议逐步推广使用。

[1] 张超, 胡华. 10kV配电网合环倒路的研究[J]. 华北电力技术, 2013(10): 10-12.

[2] 王木楠. 配电网合环电流计算及调控策略分析[J].科技创新与应用, 2014(26): 166-167.

[3] 铁道部办公厅. 关于发布《铁路电力管理规则》和《铁路电力安全工作规程》的通知[Z]. 北京, 1999.10.13.

The Brief Discussion on the Closed Loop in Circuit of the Railway Signal Power Supply

Liu Ruqian Wang Ying Hu Guoxing
(Beijing Power Supply Depot of Beijing Railway Administration, Beijing 100036)

According to the operation experience of the field, this paper introduces and analyzes the closed ring loop of the main circuit in combined power supply of railway signal and other important circuit load. It is not only to be put into "check the same period" protection, but also to make the loop Tripping selection operation in power supply of railway signal. And pointed out that the power supply should be adopted uninterruptible type in the way of the EPS.

railway; signal; power supply; combined ring loop

刘汝谦（1958-），男，北京市人，工程师，主要从事铁路10kV电力运行管理工作。