摘要：随着电气化线路高速发展，面临的安全压力持续增大。而牵引变电所作为牵引供电系统的心脏，重要性不言而喻，牵引变电设备的安全可靠性越来越多地受到关注。基于近几年来，现场设备的运行维护和调度工作情况，总结发生的变电设备故障类型、原因，并就如何降低故障发生几率探讨对策措施。
关键词：牵引变电；原因分析；典型故障；对策措施
1 前言
随着电气化和高铁的体量越来越大，随之而来的安全压力、维护压力也持续增大。目前我局管辖范围内所亭共计508座，按照类型分，牵引变电所152座；AT所146座；分区所165座；开闭所45座。本文针对辖内的牵引所亭运行的典型故障深入分析了变电设备故障原因，并分类制定了相应的对策措施。
2 典型故障情况
2.1 远动设备故障逐年增多
随着电气化铁路开通运营时间的推移，远动设备类故障呈现逐年增多的趋势。主要原因有以下几个方面：一是考虑到使用环境因素的影响，远动通信类设备已接近寿命周期。例如早期开通的部分线路，网开关本体I/0与通讯管理机之间采用CAN总线通讯方式，网开关本体RTU箱内CAN盒，所内路由器、光猫、光纤集线器等发生故障的频率较高。另外，牵引所亭内综自通信、接触网开关通信等RTU发生死机的概率逐年增多。发生通信中断后，检修人员赶到现场，往往只是重启一下通信管理机就可以恢复正常通讯状态。二是外部的干扰导致接触网开关远动误动作，此类干扰引起的接触网开关远动问题也比较常见。例如RTU与操作机构信号控制电缆连线受到干扰，导致开关误动作；例如，在接触网故障区间，由于干扰导致接触网操作机构控制电源空开或RTU电源开关跳闸，造成接触网开关不定态，发生拒动。
2.2 二次接线问题引起故障
（1）二次接线回路故障发生的多是由于前期施工阶段或者设备修试过程中接线错误。例如：管内某线路在联调联试期间，某所亭发生多次跳闸。详细过程为：6时11分12秒，某变电所1号主变压器差动保护跳闸，备用主变自投未启动，供电调度初判后投入2号备用系统运行。供电调度询问列车调度得知，列车DJ7001在跳闸时经过分相，通知列车试验人员检查确认列车受电弓完好后，接触网送电继续开车。7时31分53秒，该变电所213DL和相邻的变电所211DL同时阻抗I段跳闸。跳闸时有D55001次动车组经过分相，通知列车试验人员检查受电弓，确认完好后，送电继续开车。供电调度安排人员到该分相处的栅栏外巡视接触网有无异常，现场人员汇报无明显异常。8时48分47秒，该变电所213DL和相邻变电所211DL再次同时阻抗I段跳闸。现场抢修人员汇报D56001次动车组经过分相时出现火球，外观无明显异常。供电调度通知列车试验人员确认列车受电弓无异常后，接触网送电继续开车，随即组织现场人员上道检查、处理故障。抢修人员检查接触网发现一处硅橡胶绝缘子有电弧灼伤、分相中性区关节处两支接触导线空气绝缘间隙为280 mm（设计要求空气绝缘间隙为500mm）等缺陷，抢修人员随即处理分相缺陷。分相处理完毕后，当天联调联试动车组继续正常试验，同时安排人员在某变电所排查跳闸原因。
经全面检查所内设备，发现二次接线存在问题：一是变电所内发生跳闸方向供电臂的T线、F线接反了；二是1#主变差动保护二次回路中，1#主变保护屏2D-11端子虚接开路，因此在3#主变对应馈线213DL、214DL在短路时馈线保护尚未动作就被1#主变差动保护抢先跳闸了。
（2）也有一部分二次回路引起的故障，在设备运行一段时候后才能凸显，也多是由于施工不规范，导致后期运行一段时间后二次线出现绝缘下降等。
例如，2016年某变电所馈线跳闸，分析跳闸数据发现，故障测距装置采集的AT所的吸上电流只有实际电流值的1/10，现场检查AT所内1AT本体端子箱至保护屏二次线，二次线绝缘良好，在AT变本体端子箱加量，召测故障测距数据正常。说明，从AT变本体端子箱至保护屏之间二次回路正常。后又进一步测量发现1AT本体端子箱至吸上流互绝缘电阻为OΩ。卸下1AT变中性点套管，取出吸上流互，仔细检查二次线，发现，靠近AT变顶端端子处二次线热缩套管有破皮，与AT变器壁碰触造成对地短路，致使采集的吸上电流分流。
2.3 低压元器件故障
由于电能质量、设备运行环境、设备巡视检修不仔细等，低压元器件故障现场也常有发生。例如所内交直流屏内的接触器、绝缘监测单元、充电机；高压开关柜带电检测单元、避雷器计数器、在线监测装置等。还有，非电量保护如变压器压力释放、变压器温度、断路器气压超限等多次误动，致使断路器跳闸，主要原因是采集设备、信号传输回路上因温度计进水、受潮，回路接地等原因引起。
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2.4 高压设备本体故障
高压设备本体故障多是由于高压设备本身质量缺陷引起，包括牵引主变故障、AT变故障、GIS开关柜故障、27.5KV干式变故障、27.5KV断路器故障等等。尤其是主变故障、GIS开关柜故障一般发生概率极低，但是一旦发生都比较严重。
（1）牵引主变故障例如，2013年某变电所，1#系统主变故障，1#系统差动速断保护、3#主变本体压力释放、重瓦斯均动作。安排对主变进行试验，试验结果：绕组连同套管的介质损耗角正切值高对低及地测量值为0.8%、变比误差测量值为0.99%、变压油色谱分析：乙炔（C2H2）含量408.58μL/L。确认主变内部故障，后返厂进行吊拆后确认主变内部高压线圈饼间短路。
（2）GIS开关柜故障，例如2010年，某牵引所向接触网送电时，214DL合闸99秒后发生低压侧B相过流动作，203DL跳闸，电流10422A，电压接近为0,随后214柜发生压力异常报警，2002母联柜发出燃弧报警（整段母线开关柜的燃弧报警均设在母联柜）。 214柜压力释放通道有烟冒出。供电调度下令断开213、214DL，2131、2141GK。值班员汇报当地无法断开214DL。随后下令断开该变电所1#、3#主变两侧断路器、隔开。后GIS开关柜返厂检查发现：214柜的压互GK动静触指接触不到位，产生电弧放电，融化后的金属飞溅，SF6气体分解劣化，引起动静触指和柜体侧壁短路，大电流又导致柜内气体膨胀爆柜。
（3）另外，因制造质量、谐波影响、无保护跳闸等原因，随着设备运行时间的推移，27.5kV干式所用变放电故障逐渐增多，甚至有的所亭发生干式变烧损故障。
2.5 辅助监测设备故障
随着高速铁路的发生，现场对于监测检测的需求也越来越高，但是这些辅助监测设备往往现场运用3年之后陆续发生故障的概率比较高。一是安监系统，例如烟感、门禁、激光对射、水浸报警等传感器故障，例如管内某线路13座所亭，运行近7年，目前13座所亭的安监设备已经都有不同程度的损坏；二是在线监测设备，如电缆在线监测、SF6在线监测、油色谱在线监测、温度在线监测等故障频发。由于监辅助监测设备都是上传到电调主站的，往往由于现场监测设备的损坏导致电调端大量频繁误报异常监测信息。而且，在线监测的一些设备售后维护的费用比较高，频繁发生故障，非但发挥不了智能监测效果，反而造成设备运维的负担。
3 采取的对策措施
3.1 探索远动设备运行规律（1）做好远动设备寿命管理。根据现场远动设备运行情况，动态管理更新缺陷问题库，并定期组织分析。对于达到寿命周期或者陆续出现损坏的远动设备元件，结合设备检修进行部分更换，并购置备品备件，确保故障处置的及时性。管内远动RTU装置运行6至8年，安排报更换改造计划，逐步实施更改。
（2）采取接触网开关远动优化控制方案，将接触网开关本体电机操作电源与RTU工作电源的空开合并为一个，并纳入远动控制，分合隔离开关前先合空气开关，分合完毕后，断开空气开关。从而避免空气开关跳闸后引起的隔离开关拒动和控制回路干扰接通电机引起的隔离开关拒动。
（3）针对RTU死机，需人员赶到现场重启的问题，探索远动设备死机后远程重启模式，节约人力、物力成本。
3.2 强化新线前期介入调试工作
（1）抓好新线介入关。在新线介入期间，统筹安排人员，全过程参与施工安装，根据每条线实际情况制定隐蔽处所盯控项点，现场介入过程落实专人负责记录，并拍照留存，发现问题，盯控施工单位进行整改。防止安装过程中有二次线破损、折断等隐患，造成后期设备运行故障。
（2）抓好试验调试关。一是在进行新线设备交接试验、远动调试过程中，一律要求从设备本体进行触发，并对接线端子标号进行核查确认，以防止发生接线错乱问题造成故障。二是交接试验和调试之后，安排对所有二次回路端子进行平推紧固，防止由于试验、调试拆卸端子恢复不到位引发故障。
3.3 强化日常维护及数据分析
（1）要做好日常检修维护工作，严格按照检修、试验周期，开展高压设备检修和试验工作，及时消除设备缺陷。
（2）要做好试验数据的分析比对，探索建立牵引变电设备试验数据库管理系统，针对历次的试验数据，对试验数据的趋势进行比对，发现设备潜在的问题。
（3）利用有效的检测手段，例如牵引变压器、GIS组合电器、高压电缆等，可以委托有资质的公司进行局放带电检测，从而发现本体存在的隐患，及时进行处理。
3.4 改进设计思路
针对现场故障多发问题，找到原因后，从设计源头出发，更改设备运行方式。例如27.5KV干式变放电、烧损故障多发，多因为制造质量、谐波等影响，考虑一是更改所用电源引接两路10kV贯通、自闭线或市电电源，一路主用，另外一路热备，提高所用电源品质。二是改27.5kV所用干式变压器为浸式变压器，降低故障发生几率。
3.5 卡控设备质量源头
针对辅助监测检测设备质量，从源头进行卡控，在招投标书明确设备使用寿命，保修年限，准入资质等。再结合铁路设备运行维护特点，区分地域、有无值守人员、线路设计等级等，有取舍地安装在线监测检测设备。
3.6 完善故障应急预案
结合往年发生的各类故障，针对高压设备、低压元器件、远动设备等，分类制订故障应预案，并结合每条线路的设备特点，动态修订完善。一旦发生设备故障后，按照“先通后复”的原则，尽快恢复供电。
5 结语
结合现场设备运行情况，通过研究管内牵引变电设备故障情况，总结分析了牵引变电设备倾向性、典型性问题，并针对不同的问题探讨了相应的改进措施。进一步指导后期运行维护、应急处置工作，降低故障发生几率，提高牵引供电设备运营可靠性。
论文作者:谢旺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/21
标签：故障论文; 设备论文; 发生论文; 变电所论文; 在线论文; 本体论文; 人员论文; 《防护工程》2018年第32期论文;