电气化铁路隔离开关烧损分析与解决方案

叶众兵，敖晓峰，王 祺



电气化铁路隔离开关烧损分析与解决方案

叶众兵，敖晓峰，王 祺

接触网远动隔离开关是牵引供电系统的重要设备，在接触网应急处置中发挥重要作用。本文以多起接触网远动隔离开关烧损故障为例，分析烧损原因并制订防范措施及解决方案，保证接触网远动隔离开关正常运行。

电气化铁路；隔离开关；烧损原因；解决方案

0 引言

随着电气化铁路的快速发展，接触网远动隔离开关的应用越来越广泛，在接触网应急处置中发挥的作用也越来越重要。以接触网供电线上网点及分相隔离开关为例，当判明接触网供电线故障时，只需经过远动操作断开上网点隔离开关，采取上下行环供送电，断网时间仅为几分钟；但当无法进行远动操作时，人员需到上网点隔离开关处操作，断网时间则需数十分钟。若电力机车在分相内停车，当机车停车位置满足向中性区送电救援条件以及接触网线路越区供电及分段供电时，通过操作远动隔离开关均能大大缩短停电时间。由于接触网远动隔离开关多分布在站场、上网处、分相处，采用柱上式安装，室外运行环境恶劣，检修维护不方便，因此运行中暴露的问题较多，拒动、误动、控制烧损的问题屡见不鲜，影响远动隔离开关的正常工作。

本文以多起接触网远动隔离开关烧损故障为例，详细分析其烧损的原因，研究预防及解决方案。

1 隔离开关烧损故障概况

2013年以来，昌福线、昌九城际、京九线、沪昆高铁等线路多次出现接触网远动隔离开关电动机构箱和远动RTU箱烧损故障，据统计2年间发生烧损的开关达21台（其中昌福线15台），发生烧损的RTU箱有11台，具体统计见表1。

表1所列的9起隔离开关设备的烧损故障中，涉及京九线、昌九城际、昌福线、沪昆高铁4条线路，供电方式有直供+回流方式和AT供电方式；接地方式有支柱单独接地和综合接地；接触网绝缘形式有双重绝缘+回流线绝缘安装（京九线），也有单绝缘+回流线非绝缘安装（昌福线、昌九城际、沪昆高铁），各种结构方式下的线路均出现开关烧损故障。可以看出：

（1）隔离开关的烧损与接触网短路接地有关。表1所列9起故障中，除2015年6月22日沪昆高铁下店AT所的3台开关因回流电缆被人为破坏（被盗）外，其他均与接触网对地短路放电有关；

（2）共用电源线路会造成同电源回路中的隔离开关同时烧损；

（3）开关机构箱（或RTU箱）及电源线路在受雷击后会引起烧损。

2 设备烧损原因分析

通过对隔离开关烧损情况的统计分析，接触网对地短路是造成开关烧损的主要原因，下文对短路造成开关控制设备烧损的原因进行分析。

2.1 电气设备接地电流及地电位分析

当有故障电流或雷击产生的大电流经接地装置注入大地时，将引起接地点在一定范围内的地电位升高。如果大地各方向土壤电导相同，则接地电流从接地点向大地呈半球形散开，离接地点越近，地中接地电流密度越大，引起的地电位越高；离接地点越远，地中电流密度越小，引起的地电位越低，变化趋势呈指数衰减。试验证明，距接地点20 m以外处地中电流密度很小，可忽略不计，即工程中认可的零电位。

表1 接触网远动隔离开关烧损故障统计

地电位升高值等于接地极阻抗与流经接地极电流的乘积。由于隔离开关控制电源N线与隔离开关支柱共地安装，地电位升高会沿接地线对机构箱或RTU箱内低压设备造成反击，当升高的电压峰值大于隔离开关电动机构箱及RTU箱内低压设备的耐受电压时，就会造成二次设备烧损。2015年6月22日，沪昆高铁下店AT所3712GK、3805GK、3806GK浪涌保护器连续烧损，经查实，原因是下店AT所的上下行12根回流电缆全部被盗，当动车组通过时，动车的回流只能通过钢轨向大地泄放，使地电位明显升高，超过了浪涌保护器（防雷器）的正常工作电压，造成浪涌保护器烧损。

2.2 隔离开关接地方式分析

隔离开关本体通常安装在接触网支柱顶端。远动RTU终端有2种安装方式，一种安装在隔离开关电动机构箱内，如京九线、沪昆高铁；一种是独立的远动RTU箱，与隔离开关电动机构箱背靠背安装在开关支柱下部，如昌福线及昌九城际。隔离开关机构箱体或RTU箱体及内部设备的接地线均连接在支柱的主接地线上，即开关支柱、开关本体或开关机构控制接地均为同一点接地，当该点或该点周围有接地电流注入大地时，将造成在地中散流半球范围内或径路上地电位升高，致使相应的设备烧损。如2014年2月20日，昌九城际城永修分区所的2711GK熔纤盒光缆抗拉铁线烧断，就是因为光缆抗拉铁线一端与机构共地，另一端接在城永修分区所内，当永修站95#杆平、斜腕臂硅胶绝缘子被异物短接对支柱放电时，一部分电流流向大地，与接地极相连接的2711GK机构箱电位升高，通过光缆抗拉铁线传至与另一端相连的分区所地网，造成铁线烧断。

2.3 接触网对地绝缘方式分析

接触网对地绝缘方式有双重绝缘和单绝缘2种。绝缘方式不同，接地电流路径分布不同，对开关机构箱和RTU箱的影响也不同，如图1、图2所示。

图1 单绝缘、回流线非绝缘安装

图2 双重绝缘、回流线绝缘安装

（1）单绝缘及回流线非绝缘安装。当接触网绝缘或隔离开关支持绝缘子击穿放电（短路）时，短路电流由接触网沿绝缘子流向支柱，分别通过回流线及支柱接地极-大地2条径路流回变电所（如图1中的电流支路），电流的分配取决于回流线支路和接地极支路的阻抗。当电流流过接地极时，将使接地点的地电位瞬时升高，与该接地点相连接的隔离开关机构箱（RTU箱）及其内部低压设备接地铜排电位也将随之升高，当超过低压设备耐受电压时引起设备烧损。

（2）双重绝缘及回流线绝缘安装。

a.当绝缘子主绝缘击穿放电时，短路电流由接触网沿绝缘子流向回流线跳线，再通过回流线流回变电所，如图2中所示电流流向。因回流线及跳线与支柱绝缘，短路电流基本不会通过支柱流向大地，此时接地极的地电位不会升高，与正常运行时基本相同，不会对机构（RTU）箱内低压设备造成影响。

b.当绝缘子主、辅绝缘都击穿放电时，短路电流将沿回流线及接地装置2条主要径路流回变电所，与图1中电流路径相似，此时短路接地电流的分配主要决定于回流线支路和接地极支路的阻抗，通常情况下沿回流线电流大，沿接地极流向大地的电流小，该情况出现机率较小，只有当雷电击中支柱时才会出现。

c.隔离开关支持瓷瓶被击穿时，短路电流只沿支柱接地装置流向大地（或综合接地），再流回变电所，如图2中所示电流流向。此时将造成支柱接地极处瞬时地电位升高，与该接地点相连接的隔离开关机构箱（RTU箱）及其内部设备接地铜排电位也将随之升高，该情况极易造成机构（RTU）箱内二次设备烧损。

2.4 隔离开关群体性烧损的原因分析

接触网远动隔离开关控制电源一般取自附近的变电所、分区所、开闭所或AT所，当距离所亭较远（2 km以上）时，由电力贯通电源（变电台或箱变）引接；区间联络线、站场、分相处、上网点处的多台隔离开关采用2路电源环供方式，如京九线大洋洲变电所分相6台开关，其电源接线如图3所示。

由于分相、站场等隔离开关的电源均采用2路环供接线方式，当一台隔离开关控制电源因地电位升高出现危险电压时，危险电压会沿电源线传导给相邻或远处的开关，造成其他开关二次设备同时烧损，严重时甚至会造成所内电源或控制屏柜烧损。如2014年5月18日、2015年6月9日南昌西动车所，2015年6月14日大丰下行上网点，不仅烧损隔离开关机构箱本体，还造成所内设备不同程度的烧损。

图3 京九线大洋洲变电所分相开关电源接线方式

综上所述，隔离开关电动机构箱及RTU箱内二次设备烧损主要与接触网故障接地或雷击产生的大电流注入大地时引起的地电位升高有关，当地电位（或零线电位）升高，反击二次设备造成烧损。其中主要有2种严重情况：一是隔离开关本体接地短路，烧损概率较高，如表1的烧损统计中有5次；二是雷击或异物使接触网对支柱或大地短接放电，引起地电位升高造成烧损，该情况主要看短接点与隔离开关的距离，若相距较远则地电位升高较低，对隔离开关关影响不大，若相距较近则地电位升高明显，易造成隔离开关机构箱及其内部设备烧损，如表1的烧损统计中有4次。

3 防范措施与解决方案

3.1 优化隔离开关的接地

（1）根据相关规程规定，隔离开关底座单独设接地引下线与接地极或连接综合接地线实现安全接地；隔离开关机构箱体、RTU箱体共同接入支柱接地极或综合接地线，2个接地网之间的地中距离一般不小于3 m；当2个接地网需连接时（如综合接地系统），连接点沿接地体的地中长度应不小于15 m。

（2）改进RTU模块的接地。对采用悬浮接地的RTU模块，屏蔽盒可与箱体相连；对需单独接地的RTU模块，建议按第（1）点要求设置接地线，使隔离开关安全接地，机构箱接地与RTU模块或二次控制回路接地相互分开（安全接地与RTU模块接地可分设于支柱顺线路的两侧），当地电位升高时，地电位不至于沿接地线和零线传导，保护二次低压设备。

3.2 优化隔离开关机构箱的安装

优化接触网隔离开关机构箱或RTU箱内二次控制设备的安装，加强二次设备与机构箱或RTU箱体的绝缘。

3.3 优化隔离开关防浪涌保护器安装

（1）电源首端即变电所亭出所电源处及电力贯通电源出线处均需加装防浪涌保护器。

（2）每一台隔离开关电源入口处需安装防浪涌保护器，隔离开关的防浪涌保护器安装方式如图4所示。浪涌保护器选用参考：火线与零线间采用限压型防浪涌保护器（参数为max= 40 kA，c= 275 V），零线对地采用放电间隙式防浪涌保护器（参数为max= 40 kA，c= 255 V）。

3.4 加强接触网远动隔离开关的维护

定期检查测试隔离开关的接地系统，保证接地线接触良好，接地电阻符合要求；定期检查隔离开关的运行环境，及时清除隔离开关周围杂草树木，清除隔离开关上的异物（鸟窝等），杜绝因鸟窝或小动物（蛇等）爬上隔离开关引发绝缘击穿造成接地短路现象。

图4 浪涌保护器接线方式

4 结语

通过对几起接触网远动隔离开关烧损故障的分析，结合电气设备接地电流及地电位情况、隔离开关接地方式、接触网对地绝缘方式等对隔离开关烧损的原因进行深入分析，并制订相应防范措施及解决方案。当出现类似情况时，应根据实际原因采取相应对策进行整治，确保隔离开关设备状态良好，运行安全。

[1] 铁运[1999]101号牵引变电所安全工作规程[S].

[2] 林永顺. 牵引变电所[M]. 北京：中国铁道出版社，2002.

The OCS remote control disconnectors, the important equipment for traction power supply system; are playing important roles on OCS emergency rescue. By taking several cases of burning of OCS remote control disconnectors as the examples, the causes of burning are analyzed, protection measures and solutions are prepared so as to ensure the normal operation of OCS remote control disconnectors.

Electrified railway; disconnector; causes of burning; solution

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.010

U226.8+1

B

1007-936X(2018)03-0031-05

2018-01-18

叶众兵,中国铁路南昌局集团有限公司南昌供电段，技术员；敖晓峰.中国铁路南昌局集团有限公司供电处，高级工程师；王 祺.中国铁路南昌局集团有限公司南昌供电段，工程师。