柠条塔牵引所馈线保护过流Ⅱ段跳闸原因分析及解决措施

李 超

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 概述

随着我国电气化铁路的不断发展，供电安全与供电可靠性引起线路故障时常发生，从而导致运输企业的经济效益也受到影响。本文以柠条塔牵引变电所馈线保护过流Ⅱ段跳闸为切入点，分析探讨跳闸故障的相关原因，提出相关解决措施，提升铁路线路的供电能力[1-3]。

红柠铁路为地方运煤铁路，自红柳林站至神木西站全长43.23 km，为单线电气化铁路。线路东端与神木北至延安铁路的红柳林站接轨，线路西端于神木西站与包西铁路接轨。全线设红柳林、张家峁、柠条塔、侯家母、神木西五座车站。

全线采用带回流线的直接供电方式，设柠条塔牵引变电所一座。柠条塔牵引变电所采用两回110 kV电源进线，一主一备，所内设两台110/27.5 kV三相V，v结线变压器，容量为 2×(16+10）MVA，16 MVA对应柠条塔至神木西供电臂，10 MVA对应红柳林至柠条塔供电臂[4-6]。

全线接触网采用简单链型悬挂方式，正线导线组合为JTM-95+CTS120，站线导线组合为JTMH-70+CTS85，回流线采用LBGLJ-185，供电线采用2×LBGLJ-185，柠条塔至侯家母区段设有LBGLJ-185的加强导线，架空地线采用LBGLJ-70导线[7]。

2 跳闸事故

2018年11月18日20时06分，1号馈线出现过流Ⅱ段跳闸(重合闸成功）。经了解，1号馈线同时有两列重载列车运行，电流值见表1。

表1 1号馈线电流值A

3 事故基本情况分析

3.1 牵引供电系统简况

红柠铁路全长约43 km，为单线电气化铁路。于柠条塔站设牵引变电所一座，为全线供电，牵引变压器采用110/27.5 kV三相V，v结线方式，变压器容量为2×(16+10）MVA。16 MVA对应柠条塔～神木西供电臂，为213馈线(3号馈线）；10 MVA对应柠条塔～红柳林供电臂，为211馈线(1号馈线）。

3.2 事故情况分析

由于本线是运煤铁路，首先从电气化铁路绝缘子积污状况进行研究分析，经调查，跳闸事故前两周，刚对全线绝缘子进行了清洗，不存在绝缘子积污放电跳闸的可能性。从供电能力角度分析，红柠铁路重车方向为连续13‰上坡，目前采用单列HXD1B电力机车(牵引总功率9 600 kW），负责4 500 t及以下的货运列车作业，双机HXD3B电力机车(牵引总功率2×7 200 kW），负责5 100～5 400 t的货运列车作业[8]。2018年11月18日，共9列重车，其中5列单机牵引，4列双机牵引；2018年11月20日，共9列重车，其中1列单机牵引，8列双机牵引。目前红柠铁路牵引供电负荷已远超过原设计标准的单机SS4电力机车的牵引负荷[9]，以HXD3B双机电力牵引为例，2×7 200 kW=14.4 MW，一列货车的牵引负荷便使10 MVA的变压器处于过负荷运行状态。现状已充分利用变压器的2倍过负荷能力，在列车发车间隔较大时可满足运输需求(含1列重车+1列空车）。但是如果持续两列双机牵引列车运行，其牵引总功率为 2×2×7 200 kW=28.8 MW，将远超变压器的2倍过负荷，此时就需要考虑对变压器进行增容改造[10]。

事故发生时，即有两列双机牵引列车通过，导致过流Ⅱ段保护动作。经现场调查:1号馈线的过流Ⅱ段保护定值为5.2 A，一次电流为5.2×160=832 A。但是过流Ⅱ段的低压启动条件未启动。所以可以初步推断此次跳闸是一次过负荷跳闸。

现场调查的主变的过负荷保护定值如下:

(1）200%过负荷为4.49 A，相应一次电流为4.49×160=718.4 A；

(2）300%过负荷定值为5.99 A，相应一次电流为5.99×160=958.4 A。

均已达到变压器2倍、3倍过负荷的上限，而变压器并未出现过负荷跳闸[11]。

原馈线保护定值整定情况如下[12]:

(1）1号馈线最大负荷电流为499 A，但是过负荷保护定值为5×160=800 A，两者不一致；

(2）3号馈线最大负荷电流为1 131A，但是过负荷保护定值为5×160=800 A，两者不一致；

(3）1号馈线过流保护动作电流，其Ⅱ段动作电流为5.2×160=832 A，但是未启动低电压闭锁条件；

(4）调查近期的211馈线的日电流曲线，一般最大电流为620 A以下，并未长期出现854 A及以上的牵引工况。过流Ⅱ段的动作电流为832 A，而且未启动低电压闭锁条件。

目前馈线保护定值见表2。

表2 馈线保护定值

以目前的负荷情况，以上馈线整定值已经不合理，不满足目前负荷的要求，需要进行调整。

4 解决措施及建议

4.1 对定值进行调整

(1）按变压器允许的最大过负荷能力对过流重新进行整定，并且启动低电压闭锁条件。

过流Ⅱ段:

按2.0倍的变压器额定电流进行调整，即最大负荷电流取2×363.64=727.3 A，过流Ⅱ段保护动作电流设定为:

同时开启过流Ⅱ段保护低压闭锁条件。

(2）根据变压器允许的最大过负荷能力对过负荷保护定值进行调整。

调整过负荷整定值为:

并设置5 s后告警功能。

(3）根据以上计算，馈线定值调整结果如下:

211馈线的过负荷保护、电流速断、过流保护Ⅱ段的一次电流表见表3。

表3 211馈线一次电流值

调整后的馈线保护定值见表4。

表4 调整后的馈线保护定值

此番调整实际为调大了馈线的过负荷跳闸动作电流，当供电臂电流大于727.3 A时，馈线过负荷告警；当供电臂电流大于872.76 A时，由变压器的过负荷保护跳闸。这只是权宜之计，如果仍然存在两列重车连续运行的情况，将引起变压器的过负荷跳闸。

4.2 合理优化运输组织

目前，红柠铁路每天运行9对列车，如果按每天12～18个小时组织运输，平均每0.5～1 h通过1对列车，如果运输组织合理，便可避免两列重车同时出现于柠条塔至红柳林供电臂内，在充分利用变压器过负荷能力的情况下，可避免因牵引负荷过重引起馈线跳闸，从而导致运输中断。

4.3 永久解决措施建议

原设计运输能力，初期(2013年）年运量为1 700万t，远期(2018年）年运量为2 900万t。根据目前调查的情况，如果2019年运量达到2 500～3 000万t，便已达到原设计文件中描述的远期运量。结合目前红柠铁路连续大坡道、双机HXD3B牵引及两列重车连续追踪的情况，需要对原设计的牵引供电系统进行供电能力分析校核，根据校核结果对牵引变电所、接触网进行供电能力提升改造。

5 结束语

随着红柠铁路运量的提升，牵引机车类型的变化，原设计的牵引供电系统能力逐渐不能满足现在的供电负荷需求。在运量还未大量增加时，可采取调整牵引变电所整定值、合理优化运输组织方案等临时措施，通过透支牵引供电系统过负荷能力，满足暂时的供电负荷需求。但随着运量进一步提升，红柠铁路将会开行万吨列车。到那时，目前的牵引供电系统从系统容量、系统载流、未端网压等方面，均无法满足红柠铁路全线开行万吨列车的要求。要想达到运量增加后开行万吨列车的需求，必须对牵引供电系统进行能力提升改造，方能保证红柠铁路运输畅通的目的。