一起牵引供电设备高压侵入低压回路故障分析及处理

摘  要：针对一起铁路牵引供电箱式分区所发生的高压侵入低压回路典型故障进行分析及處理，归纳总结此类供电方式中存在的风险和解决方案。

关键词：箱式分区所;断路器;隔离开关;接地电阻;电位

Abstract：this paper analyzes and deals with a typical fault of high voltage intrusion low voltage circuit in a railway traction power supply box partition，and sums up the risks and solutions existing in this kind of power supply mode.

Key words：box partition：circuit breaker：isolating switch：grounding resistance：potential

1.引言：

供电设备发生高压侵入低压回路故障是牵引供电系统较为严重的事件，往往故障波及的设备和范围较大，造成的危害轻则烧损部分设备重则使所亭部分或全部退出运行，干扰正常的牵引供电，处理和恢复也很困难，更甚至对相关工作人员人身构成安全风险。本文就工作中遇到的一起牵引供电箱式分区所高压侵入低压回路的真实故障进行分析，找出实际运行生产中存在的问题，并针对问题提出整改方案并按方案完成整改，从整改后的运行情况看效果不错。

2.发生高压侵入低压回路故障及分析

2.1发生故障概况：

某日夜间，京九线我段管内风雨交加，雷鸣电闪。YY变电所212跳闸，重合成功，过流出口，阻抗二段出口。电流1968A，电压19283V，故标28.37;本文所述某箱式分区所无数据及报文。从变电所故标数值显示在该供电臂未端即靠近某分区所。

2.2故障检查情况：

对某故障箱式分区进行检查发现：272间隔及2722、2721二次回路烧伤，从烧伤处多已炭化的情况看，明显是由高压放电所致。对箱式分区所内高压设备检查未发现有烧损或放电迹象，进而检查相关联的2721、2722上网隔离开关。发现2722隔离开关操作机构箱内包括引入的低压器件及电缆已烧毁，检查开关及机构箱外表与固定支架和接地情况，进一步发现了是由隔离开关高压引线对开关底座槽钢的一个突出角有明显放电痕迹，初步判断是一起典型的高压侵入低压故障。

2.3故障原因分析

上述高压引线对开关底座槽钢放电处仅凭肉眼观察，绝缘距离大于300mm符合规定，多年的运行也没出现问题。但在故障发生时段，环境的恶劣使空气绝缘弱化，开关与接触网的高压引线较长，大风下的摆动可缩短引线与开关底座伸出的槽钢间距，加之雷击引起的过电压使该处绝缘击穿造成高压对开关构架放电是较为合理的解释，同时该开关当时处于分位，故接在开关引向分区所侧的避雷器未起作用。放电时的高电压分两路入地，一路通过开关金具接地线入地;一路通过开关垂直传动杆致机构箱箱体入地，此两路接入的是同一接地体。

之后对相关设备做进一步检查测试，箱式分区所高压设备试验均正常，测试箱式分区所地网接地电阻值为2.1Ω，在2722电动隔离开关处，实测接地电阻值为9.2Ω，符合不大于10Ω的规定。

由上述检查和测试结果可知，在2722电动隔离开关高压放电瞬间，因接地电阻的存在，开关本体及其机构箱体对地必将产生电位。高压入地分为二路，一路是通过隔离开关本体及其机构箱箱体安装金具直接入地，另一路是通过装设在机构箱体内的低压电缆接入箱式分区所272间隔二次回路。也就是隔离开关机构箱体通过机构箱内低压设备绝缘→低压电缆→箱式分区所272间隔二次回路绝缘→箱式分区所地网，即通过隔离开关与箱式分区所二次（低压）回路的绝缘接分区所有地网。同时低压电缆的铠层虽仅在箱式分区所侧接地，在隔离开关机构箱内悬空，但铠层的较低绝缘进一步降低了机构箱体对分区所地网的整体绝缘。

由上简略等效电路图可知，2722隔离开关机构箱体对地相关联的两个支路，可以看作是两个不同阻值的电路构成的由隔离开关箱体对地的并联电路。因2722隔离开关与箱式分区所的接地电阻值不同，在此可将2722隔离开关机构箱体对地电阻值视为R1’+R1，则R1’+R1=9.2Ω，设R1=R2=2.1Ω，则R1’=7.1Ω。如此，在简略等效电路图中的R1、R2与R1’、R3、R4、R5间便可认为有了一条接地等位线。在发生隔离开关高压引线对开关底座槽钢的放电瞬间，若简化忽略接触网的漏电流及机车取流、线路电抗等因素，则故障电流在R1’上的压降约为1400V。如此高的电压也同时也加在了R3、R4、R5构成的隔离开关与箱式分区所二次（低压）回路上。

当正常情况下，机构箱体仅承受线路附近的感应电位，其产生的感应电流很小，通过接地体的作用下，机构箱体与地的电位可以不计。而由R2、R3、R4、R5构成的二次（低压）电气回路因相对足够大的绝缘电阻，使之能够在安全范围内正常工作。当在隔离开关高压引线对开关底座槽钢的放电瞬间，隔离开关机构箱体对地便产生了一个很高的电位，此高电位将通过R3、R4、R5支路击穿由隔离开关机构箱到272间隔二次回路构成的绝缘并形成高压放电，即高压电侵入二次（低压）回路，并烧损了部分低压设备，也损伤了交直流供电系统，导致该箱式分区所在一段时间内不得不退出了运行。

3.故障的处置和解决方案：

依据对故障箱式分区所的高压侵入低压故障的现场调查和分析，提出了对故障所的整改处置和解决方案，主要有以下几个方面：

①对2722隔离开关底座安装槽钢伸出的多余部分切割去除（此处为放电点）进一步加大空气绝缘距离。

②原2721、2722隔离开关装设位置距离箱式分区所较远（现场约1300m），将其改为手动开关，并使开关处在长合位，如此装设在开关处的避雷器在线路遭遇雷击过电压时可发挥应有作用。

③在箱式分区所近处的高压馈线引出杆塔装设电动隔离开关，替换原上网隔离开关的作用，构架和金具与分区所接地网相连接。2711、2712隔离开关本就装设距分区所很近，将接地与分区所接地网相连接。

④清理箱式分区所放电炭化痕迹，对烧损器件进行更换。

经上级的肯定和批准后，按提出的方案对故障箱式分区所进行整改和恢复。在整改和恢复后，不仅满足正常运行条件，消除了上述不同接地电阻带来的高压放电时的电位差隐患问题。同时还收获了另一个问题的改善：原2721、2722隔离开关装设位置距离箱式分区所较远，且地形较复杂，检修作业和设备巡视对开关的状态确认和检查，都是比较困难的事，而整改后再无此问题。（此次整改的良好效果得到了包括局供电主管部门的充分肯定，也促使局供电主管部门决心对管内京九线其它分区所进行同样整改。）

参考文献

[1]  贺威俊、简克良，电气化铁道供变电工程，中国铁道出版社

[2]  陶乃彬，电气化铁道供变电技术（二次系统），中国铁道出版社

[3]  林永顺，电气化铁道供变电技术（一次系统），中国铁道出版社

[4]  陈化钢，电力设备预防性试验方法及诊断技术，中国科学技术出版社

作者简介：杨跃辉（1967.4），男，汉族，河南省信阳市平桥区羊山五街原机务段院内检修车间，武汉局集团公司信阳供电段工程师。