郑西高铁非电量保护误动分析

张 明

（中国铁路郑州局集团有限公司 洛阳供电段，高级技师，河南 洛阳 471OOO）

0 前言

全并联AT供电方式在高速铁路及客运专线的应用日益广泛，其牵引变电所、分区所及AT所内的牵引变压器和AT自耦变压器均设有瓦斯保护、压力释放及超温保护，在运行中由于外界环境的干扰，再加上本体保护装置自身的缺陷，郑州至西安高铁（以下简称郑西高铁）自从开通以来，已出现10次非电量保护动作，其中以2019年1月11日阌乡变电所3#B超温误动作最为严重，巡视牵引变压器温度正常、203DL跳闸，严重干扰了高铁运输秩序，影响5列高铁列车运行。

1 非电量保护工作原理

牵引变压器及AT自耦变压器利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器内部发生短路故障时，故障点局部产生高温，使油温升高体积膨胀，甚至沸腾，油内溶解的空气就会被排出变成气泡上升；故障点产生电弧，使绝缘物和变压器油分解而产生大量的气体。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。

牵引变压器利用油面温度计及温控器，用来监控变压器顶层油温。温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的线性关系，而进行温度测量的。当温包感受到温度变化时，密闭系统内饱和蒸气产生相应的压力，引起弹性元件曲率的变化使其自由端产生位移，再由齿轮放大机构把位移变为指示值，并且可以输出（4～20）mA信号。金属套管内埋设有3线制Pt 100热电阻温度计，可实现温控器温度值与后台之间的远传。

非电量保护装置由本体保护插件和操作插件组成。本体保护插件主要有本体瓦斯保护回路，压力保护、超温保护回路。操作插件有手动跳合闸回路，断路器跳闸回路，断路器合闸回路，防跳回路，压力监视回路，信号回路。

当出现冷却系统故障、变压器过负荷、变压器铁心故障和变压器绕组故障等现象时，都会引起变压器温度升高，当温度超过允许值时，超温跳闸继电器动作。

2 非电量保护动作检查情况

2019年1月11日阌乡变电所3#B非电量误动作后的检查方法及试验结果如下：

1）首先认真细致检查变压器外观有无变形、异常现象。

2）检查二次回路接线，确认直流系统是否有直流接地，绝缘降低等报警信息。

3）检查牵引变压器温控器状态有无异常及其温度定值是否正确。

4）检查牵引变压器的油位有无异常，油枕状态是否正常，检查牵引变压器热油有无膨胀空间，检查牵引变压器散热器阀门是否打开。

5）检查变压器的历史记录，是否近期进行过注油、滤油作业，油枕排气是否彻底及油位指示有无异常，检查牵引变压器有无压力增加及其压力释放信息等现象。

6）检查牵引变压器呼吸系统是否畅通，吸湿器有无堵塞情况。

7）抽取油样做油色谱分析，对油样进行分析，其结果（见表1）。

（8）对3#B主变绕组进行介损和电容测试，同时对3#B温度保护二次电缆进行绝缘检查、及对电缆沟及电缆夹层内高低压电缆敷设情况进行了检查，发现电缆沟内控制电缆低压电缆、高压电缆混合放置和交叉放置，电缆状态良好，无接地及绝缘下降情况，综合判断为超温保护误动作

表1 1.3#B主变油溶解气体组分量色谱分析结果μL·L1

3 非电量保护动作原因分析

牵引变压器采用的是天津凯发公司生产的DK3532本体保护装置，该装置的动作原理见图1。

图1 非电量保护原理图

图1中非电量接点是指瓦斯继电器的重瓦斯接点、温控器的温度二段接点及压力释放装置的微动开关接点，DK3532是DK3532本体保护装置，ZJ是重动中间继电器。当牵引变压器的非电量保护动作时，既瓦斯继电器，温控器及压力释放装置动作时，非电量装置常开接点闭合，DK3532本体保护装置正电源+KM经非电量常开接点进入DK3532本体保护装置中的重动中间继电器ZJ后，不经判断延时，而直接驱动断路器跳闸线圈至负电源-KM,直接使断路器跳闸。

3.1二次原理设计缺陷对天津凯发公司DK3532本体保护装置原理图分析发现，非电量保护动作不符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定，装置不经重动中间继电器ZJ附加判断，直接启动断路器动作跳闸。应将可能引起两个及以上的断路器动作跳闸的开入量，经抗干扰重动中间继电器ZJ判断后，即重动中间继电器ZJ动作后，其接点闭合开入，使其断路器动作跳闸。

3.2重动中间继电器选择不良天津凯发公司DK3532本体保护装置内采用的重动中间继电器型号为DSP1 24 V，经查该型号重动中间继电器启动功率仅为2 W多，不符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》关于“装置中的抗干扰的重动中间继电器的启动功率大于5 W，动作电压在额定直流电源电压的55～65%Ue范围内，额定直流电源电压下动作时间为10 ms—35 ms”的规定。

3.3二次控制电缆布置不当高铁牵引变电所的牵引变压器设在室外，距离控制室比较远，其二次电缆从牵引变压器的端子箱到控制室监控屏要经过电缆沟及电缆夹层，由于前期施工未严格按工艺要求施工。造成控制电缆低压电缆、高压电缆混合放置和交叉放置，以及电缆芯线之间及芯线对地之间的分布电容作用，使非电量保护表现为导通状态，从而造成非电量保护装置DK3532动作。

3.4门槛动作电压过低DK3532本体保护装置内的重动中间继电器动作电压仅为24 V，极易引发误动。如在非电量保护回路中，由于非电量保护的接点Kl设在牵引变压器本体上，距离控制室保护测控盘较远，敷设的二次电缆较长，再加上施工不规范造成的电缆沟内控制电缆、低压电缆、高压电缆混合放置和交叉放置，导致二次电缆处在强电、强磁场运行环境之中极易受到电磁干扰产生大于24 V感应电压导致误动；此外，还因控制电缆选型与设计图图纸严重不符，没有采用屏蔽电缆，在恶劣的环境中其保护回路中往往会感应出较强的干扰信号(一般幅值大于24 V，在严重短路等事故环境下，感应电压可能会更高)，也会引起DK3532保护测控装置误动作。例如郑西高铁的杨窑AT所1#AT及马蹄沟AT所2AT在未运行的情况下，保护测控装置自从2010年开通以来多次报压力释放动作信息，经过多次检查自耦变压器状态良好，油样分析正常符合规程规定，对自耦变压器进行绝缘试验，绝缘良好，最终分析判定故障为门槛动作电压低导致保护误动所致。

4 高铁变压器非电量保护改进措施

4.1选择符合要求的重动中间继电器借鉴地方供电局220 KV变电站的经验及根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，选择使用性能质量达标的非电量保护的重动中间继电器，即重动中间继电器主要参数符合启动功率不小于5 W、动作电压不小于55～65%Ue、动作时间不小于10 ms的规定。经比选，确定改用JQX-5F继电器作为重动中间继电器。

4.2改造二次接线对二次接线进行改造，使其非电量保护的开入量均应经抗干扰的重动中间继电器ZJ动作后,其重动中间继电器ZJ的接点闭合后，断路器才动作跳闸。其改造后的二次接线原理如图2所示。

图2 改造后的原理图

图2中非电量接点是指瓦斯继电器的重瓦斯接点、温控器的温度二段接点及压力释放装置的微动开关接点，DK3532是DK3532本体保护装置，ZJ是指重动中间继电器，ZJ1、ZJ2是重动中间继电器ZJ的常开接点，XJ是信号继电器。当其牵引变压器的非电量装置动作，如瓦斯继电器，温控器及压力释放装置动作时，其非电量常开接点闭合，DK3532本体保护装置正电源+KM经非电量常开接点进入DK3532本体保护装置中的重动中间继电器ZJ后，重动中间继电器ZJ动作，经大约10 ms～35 ms的延时后，其常开接点ZJ1、ZJ2闭合，由重动中间继电器ZJ的常开接点ZJ1驱动断路器跳闸线圈至负电源-KM,直接使断路器跳闸。由重动中间继电器ZJ的常开接点ZJ2，使信号继电器受电动作，驱动DK3532本体保护装置中的信号灯亮。这样当有干扰信号进入到本体保护装置中时，即使重动中间继电器受电，但由于功率小于5 W时，重动中间继电器ZJ也不能动作，既重动继电器的常开接点ZJ1、ZJ2也不能可靠闭合。即使重动继电器ZJ动作，由于干扰信号持续时间一般均小于10 ms，而重动中间继电器的常开接点，动作延时为10 ms～35 ms，这样就有效防止了因外部环境干扰，而使断路器误动作跳闸的可能。

4.3更换性能优良的本体保护插件对郑西高铁管内DK3532装置本体保护插件进行更换，其更换后的本体保护插件满足《电气化铁路自耦变压器保护测控装置技术条件》非电量跳闸回路如下要求：

1）回路的起动功率不应低于5 W；

2）回路的起动电压值不应大于0.7倍额定电压值，且不应小于0.55倍额定电压值；

3）回路在额定直流电源电压下的动作时间为10 ms～35 ms；

4)回路应具有抗220 V工频电压干扰的能力。

且非电量告警应满足以下要求：

（a）非电量告警信号采用开入方式接入保护装置，由保护装置完成非电量告警及事件记录；

（b）本体保护插件必须能接入轻瓦斯、温度I段、油位异常非电量告警信号。

5 结束语

郑西高铁管内七座牵引变电所自从2019年2月1日改造完毕，至今运行良好，未出现非电量保护误动作及误报警情况，为高铁的安全运行打下了坚实基础及理论依据。