【关键词】：牵引变电所 过负荷 并联供电 分相迁改 对策分析
由于铁路牵引机车换型、牵引定数增加和车流密度增大等因素叠加，近年来接触网供电电流持续增加，供电过负荷跳闸件数显著增多。虽然95％以上的闸都在3s内重合成功恢复送电，但由于接触网断电后机车失压保护动作跳闸，恢 复供电后需重新合闸取流 ，特别对处于重坡区段机车牵引速度损失很大，严重时会造成机车坡停或掉入无电区，干扰正常运输秩序。本文通过对焦柳线牵引供 电系统几起过负荷跳闸的分析，提出合理配置保护定值，改变供电方式，牵引变电所、接触网设备改造加强，优化供电范围、运输调整等综合解决方案。
l焦柳线牵引变电所馈线过负荷跳闸案例的简要分析
1.1案例经过：2019年8月27日09时17分，古丈变电所2号主变过负
荷保护动作跳闸，主变互投未启动，中断焦柳线新永顺（不含）--马颈坳（不含）区段接触网供电。09时22分投古丈变电所1号主变成功，恢复了该区段接触网正常供电。
跳闸后处理经过及原因分析：古丈变电所2号主变跳闸后，变电所值班人员立即组织对所内相关高低压设备及二次回路进行了全面的巡视检查，未发现异常情况，确认变电设备正常。因古丈变电所馈线供电范围内，重载货物列车较多，机车集中取流，造成古丈变电所运行的2号主变过负荷，引起主变保护跳闸，中断了接触网供电。
1.2案例经过：2019年11月21日15时02分，焦柳线官坝变电所1号馈线（211断路器）跳闸、停电；15时10分，供电臂内机车降弓后，官坝变电所1号馈线（211断路器）强送成功。
跳闸后处理经过及原因分析：跳闸后处理经过及原因分析：211断路器跳闸后，官坝变电所值班人员立即组织对所内相关高低压设备及二次回路进行了全面的巡视检查，未发现异常情况，确认变电设备正常。接触网工区对故标前后供电设备巡视无异常，后续电力机车运行正常。211断路器跳闸时，其供电臂内同时有3趟列车运行。分析跳闸参数，跳闸电压接近2万伏，跳闸电流1000安左右，阻抗角小于30度，符合典型的过负荷特性。综上分析认为造成此次官坝变电所1号馈线（211断路器）跳闸、停电的原因是：官坝变电所1号供电臂范围内的列车密度偏大、负荷集中，机车集中取流形成过负荷，造成211断路器保护动作跳闸。
1.3案例经过：2020年1月17日12时47分，焦柳线象鼻子变电所2号主变过负荷保护动作跳闸，主变互投未启动，中断焦柳线凉亭坳（不含）--怀化、怀化西（不含）区段接触网供电。12时51分投象鼻子变电所2号主变成功，恢复了该区段接触网正常供电。
跳闸后处理经过及原因分析：12时48分，象鼻子变电所2号主变跳闸后，变电所值班人员立即组织对所内相关高低压设备及二次回路进行了全面的巡视检查，未发现异常情况，确认变电设备正常。因12时47分时象鼻子变电所馈线供电范围内，重载货物列车有多趟，机车集中取流，造成象鼻子变电所运行的2号主变过负荷，引起主变过负荷Ⅱ段保护动作跳闸，中断了接触网供电。
2 牵引变电所过负荷跳闸的危害分析
2.1机车坡停。凡是牵引变电所发生跳闸，均会中断接触网供电、造成机车取流中断。如果机车处于重坡区段牵引工况下，则机车主断路器失压跳闸后牵引速度损失很大，严重时会造成坡停或掉入分相无电区。。
2.2中断供电。对于复线区段，在接触网V型天窗作业时，按照规定需撤除邻线供电臂重合闸，当发生过负荷跳闸时重合闸不启动，将直接中断供电。
2.3供电设备烧伤。频繁发生过负荷跳闸的区间一般具有供电臂长、线路坡度大、机车取流大、大负荷持续时间长等几个特点。如果过流跳闸定值选择不合理，持续大电流会造成接触网系统绝缘部件长期处于超负荷运行状态，使之寿命缩短，绝缘可靠性下降，极易造成供电设备烧伤，严重时会发生断线断索等事故。
2.4越级跳闸。在枢纽区段牵引变电所一段母线上几条供电臂同时出现大负荷时，负荷叠加会造成主变低压侧断路器保护动作，停电范围扩大，导致故障升级。
2.5变电所主变受损。变电所主变在短时间的过负荷影响不大，但长时间的过负荷在主变绕组中会产生持续的高温，会逐渐将绝缘粉化损坏，最终造成绕组间短路，从而烧坏变压器。
3 牵引变电所过负荷跳闸的原因分析
3.1机车换型后牵引功率增大。近年来铁路技术装备提升，大量采用和谐型机车，牵引功率大幅增加带来牵引电流增加。以目前HXD双机重联为例，其额定牵引电流为： .png)
式中：I:机车取流；P:机车额定功率；U:接触网额定电压；:机车功率因素,和谐型机车按1取。以上是按机车发挥额定功率，功率因素为1，接触网电压为25kV 理想状态计算的电流有效值。实际上当机车处于启动或牵引工况下，此时接触网网压较标准值有较大下降，电流有效值远超过计算值。见图1单趟双和谐机车运行牵引变电所电流实测值，其取流峰值达到720A。
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图1
3.2牵引定数大幅增加。各线原设计牵引定数为3000～4000t，近年随着运量增加、管内各线牵引定数大部分调整为4500～5000t，牵引定数增加导致机车取流增加。
3.3车流密度过大。在复线全自动闭塞区段，车流密度较大。如前文1.2.2中所述，供电臂上同时有3趟列车取流运行，远超接触网和变电所设备供电能力，必然会导致过负荷跳闸。
3.4供电设备能力不足。供电设备能力不足表现为几个方面比如变电所主变 容量不足，断路器、隔离开关等设备容量小，接触网载流量不足等涉及供电主导电回路的各个环节 。
3.5过流定值设定不合理。影响过负荷跳闸的主要因素是馈线过流定值的设定，此问题多是由于接触网、变电两个专业配合不好，单方面设备改造后不能及 时重新计算定值，导致定值偏小而引发跳闸。
4 牵引变电所过负荷跳闸整治方案的实践与思考
4.1合理配置过负荷跳闸电流定值
做为铁路牵引变电所馈线的过流保护，其保护整定值主要按照躲过馈线最大负荷电流考虑，同时要按照馈线末端最小短路电流校验保护动作可靠性，计算和校验依据如下：过流保护定值 .png)
过流保护可靠性校验依据：.png)
实际运行中对馈线过负荷跳闸电流定值要实行动态管理。根据供电设备改造进度，接触网、变电专业要紧密结合，综合考虑变电所、接触网设备载流能力，在满足保护动作灵敏性、可靠性的前提下，合理配置过流保护定值，减少过负荷跳闸件数，减小供电设备跳闸对运输影响。对加强复线区段和枢纽站牵引变电所馈线过流定值的调整工作要进行全面风险评估，防止因馈线过流定值过大，负荷叠加造成越级跳闸问题发生。
4.2撤除馈线过流保护
根据《铁路电力牵引供电设计规范》，在单线区段单边供电的27.5kV馈电线在灵敏度不满足要求是可以撤除过流保护，以距离和速断做为馈线的主保护。
4.3加强变电所亭巡视
对过负荷跳闸严重区段的变电所亭，值班员应加强对所内设备的日常巡视，尤其是对主变的测温和变压器油色油温变化的观测，一旦发现异常情况及时上报，以防长时间过负荷产生的高温使变压器受损。
4.4优化供电范围
对供电范围过长，负荷较重的供电臂可采取移设电分相、增加电分相等方式调整供电范围，解决过负荷跳闸频繁问题。优化供电臂供电范围后，供电臂负荷分配更加合理，将彻底解决过负荷跳闸频繁问题。
4.5加快供电设备改造
对过负荷跳闸严重区段，还应加大对供电设备投入，通过增容提高变电所供 电能力，通过更换接触网承力索提高载流量，满足运输需求。在设备升级改造之前，针对经常发生过负荷的区段，沿线车间及工区需加大日常巡视和天窗检修力度，重点是对网开关和电缆及设备连接线夹（尤其是供电线转角等部位）等重点部位检查测温，防止前文2.3中事故发生。
4.6运行图优化调整
做为供电部门要主动参与调图工作，主动向运输部门反映各区段供电能力： ①安排运行图时尽量避免货物列车连续紧密追踪。②严格按照基本运行图的追踪时间安排列车运行。
4.7加强供电调度对类似事件反应速度
通过分析跳闸案例参数可知，典型的过负荷跳闸时跳闸电压高（接近2万伏），跳闸电流大（1000安左右），阻抗角小（小于30度）。当变电所发生跳闸事故后，供电调度可根据变电所后台控制电脑自动生成上报的故障报文数据初步判断跳闸原因，从而指导沿线所亭及工区进行下一步工作。
5 结论
满足运输需求是铁路供电部门的责任和工作目标。由于造成目前过负荷频繁跳闸的原因复杂，所以在解决的过程中要根据不同区段设备现状、行车组织方式不同而采取有针对性措施，但首先要确保供电设备安全。特别在过流保护定值选择上要综合考虑供电设备承载能力，防止定值过大造成设备烧伤。要保证保护动作灵敏性和可靠性，坚决防止定值不当保护越级跳闸。解决过负荷跳闸问题从根子上需要加强供电设备能力建设，提升供电设备装备水平，也需要运输、机务等部门的配合，实施综合整治才能达到预期效果。
参考文献
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[4]谭秀炳．铁路电力与牵引供电系统继电保护[ M]．成都；西南交通大学出
版社，2007．
论文作者: 谢刚
论文发表刊物:《中国电业》2019年第21期
论文发表时间:2020/4/15
标签：变电所论文; 负荷论文; 机车论文; 区段论文; 设备论文; 定值论文; 电流论文; 《中国电业》2019年第21期论文;