敖曉峰，姜賢武，陳珍珍

0 引言

牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)裝置主要起保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制作用[1]，要求具備可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性[2]。正常運(yùn)行時(shí)，綜自保護(hù)裝置可在線監(jiān)測(cè)牽引網(wǎng)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)牽引網(wǎng)故障時(shí)，綜自保護(hù)裝置可迅速準(zhǔn)確切除故障點(diǎn)，縮小故障范圍，確保非故障設(shè)備安全運(yùn)行。

實(shí)際運(yùn)行中，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)裝置偶有出現(xiàn)自身狀態(tài)不良導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)作的情況，影響可靠供電，干擾鐵路運(yùn)輸秩序。及時(shí)發(fā)現(xiàn)牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)裝置運(yùn)行中的隱患，及早制定防范措施，提高裝置運(yùn)行質(zhì)量，尤為重要。

本文對(duì)一起因保護(hù)裝置狀態(tài)不良引起牽引變電所主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘故障進(jìn)行分析，根據(jù)牽引變電所高壓設(shè)備、保護(hù)裝置元器件檢測(cè)、試驗(yàn)結(jié)果分析故障原因，并從根源上制定整改防范措施，杜絕類似故障再次發(fā)生。

1 故障概況

2023年3月9日16：23，某牽引變電所1#、2#B比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，造成相關(guān)變壓器高低壓側(cè)3臺(tái)斷路器同時(shí)跳閘。保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)見表1。

由保護(hù)動(dòng)作故障報(bào)告數(shù)據(jù)可知，跳閘時(shí)低壓側(cè)a相電流很小，為空載狀態(tài)，高壓側(cè)A相幾乎無電流，a相和A相回路正常；低壓側(cè)b相電流為304.69 A，高壓側(cè)C相電流36.25 A，符合變壓器正常比例關(guān)系，電流數(shù)值也不是很大，非短路故障電流；高壓側(cè)B相電流為196.1 A，比額定電流明顯偏大，符合差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件，但3次、5次諧波含量較高，其中5次諧波差流達(dá)106.87%，故障時(shí)也未伴隨變壓器瓦斯保護(hù)告警或動(dòng)作，初步判斷保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)。

2 保護(hù)動(dòng)作分析

2.1 故障錄波曲線

查看保護(hù)動(dòng)作時(shí)故障錄波曲線可以發(fā)現(xiàn)，此次該所1#、2#B比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，高壓側(cè)B相波形存在畸變，幅值突變形成尖頂波形，故障錄波曲線與保護(hù)動(dòng)作故障報(bào)文數(shù)據(jù)吻合。

2.2 保護(hù)定值配置

該牽引變電所采用2臺(tái)單相變壓器（40 000 kV·A）組成的V/x接線方式，高壓220 kV側(cè)流互變比600，低壓27.5 kV側(cè)流互變比為2 500。B相差動(dòng)速斷定值2.42 A、差動(dòng)電流定值0.24 A，制動(dòng)拐點(diǎn)一0.3 A，制動(dòng)拐點(diǎn)二0.91 A。該牽引變電所主變差動(dòng)保護(hù)定值配置具體見表2。

2.3 保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

由表1保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)可知，B相差動(dòng)電流一次值為213.75 A，則二次值為0.356 A（213.75 A/ 600= 0.356 A），B相制動(dòng)電流一次值為92.01 A，則二次值為0.153 A（92.01 A/600 = 0.153 A）。

對(duì)比1#、2#B相比率差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)特性曲線（圖1），B相差動(dòng)電流和制動(dòng)電流數(shù)據(jù)落在比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作區(qū)，可以判斷此次比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯正常。

圖1 B相比率差動(dòng)特性曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查分析

為分析此次比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

對(duì)1#、2#B進(jìn)行繞組絕緣電阻、直流電阻、介質(zhì)損耗、泄漏電流、變壓比測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)2臺(tái)變壓器油取樣并進(jìn)行色譜分析及微水測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均正常。

對(duì)1LHA、B、C相電流互感器進(jìn)行絕緣電阻、介質(zhì)損耗及特性測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)，且與歷年數(shù)據(jù)相比偏差不大。檢查流互二次回路電纜及接線均無異常。

對(duì)1#、2#B低壓側(cè)的T、F相共4臺(tái)27.5 kV避雷器進(jìn)行絕緣電阻及泄漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)，且與歷年數(shù)據(jù)相比偏差不大。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢查試驗(yàn)，1#、2#B主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)涉及的高壓側(cè)3臺(tái)電流互感器、2臺(tái)變壓器、4臺(tái)避雷器及電纜、母線均未發(fā)現(xiàn)異常，相應(yīng)的流互二次回路電纜及接線無異常，初步判斷此次比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作并非區(qū)內(nèi)設(shè)備故障引起。

4 保護(hù)裝置檢測(cè)及原因分析

4.1 電源插件檢測(cè)分析

該所差動(dòng)保護(hù)裝置電源插件輸入電壓為DC 110 V，經(jīng)裝置內(nèi)部逆變—整流后輸出元器件工作所需的4組（+5 V、±12 V、開出24 V、開入24 V）直流電壓。通過示波器對(duì)電源插件的4組直流輸出電壓進(jìn)行為期1周的持續(xù)監(jiān)測(cè)，4組電壓一直穩(wěn)定，未發(fā)生電壓跌落、波動(dòng)等異常情況，說明電源插件工作正常且穩(wěn)定。

4.2 交流采樣插件檢測(cè)分析

4.2.1 采樣精度測(cè)試

差動(dòng)保護(hù)裝置交流插件設(shè)有高壓側(cè)A、B、C相和低壓側(cè)a、b相共5個(gè)電流回路。利用繼電保護(hù)測(cè)試儀給交流插件的5個(gè)電流回路分別施加電流，共進(jìn)行了10余次測(cè)試試驗(yàn)，均符合“差動(dòng)保護(hù)電流采樣的幅值誤差不超過2.5%，相角誤差不超過0.5%”[3]的標(biāo)準(zhǔn)，各電流通道的采樣精度均滿足誤差要求。

4.2.2 保護(hù)動(dòng)作邊界測(cè)試

按照該所1#、2#B主變差動(dòng)保護(hù)定值進(jìn)行整定，利用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)交流采樣插件的保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行了10余次測(cè)試，每次測(cè)試結(jié)果均滿足“動(dòng)作電流誤差不大于整定值5%”[4]的標(biāo)準(zhǔn)要求。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邊界自動(dòng)搜索曲線如圖2所示。

圖2 比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邊界特性曲線

4.2.3 帶電運(yùn)行監(jiān)測(cè)

將該交流采樣插件安裝于1臺(tái)正常的樣機(jī)上通電持續(xù)運(yùn)行，在交流采樣插件外部未施加輸入電流的工況下，通過示波器對(duì)交流插件的二次輸出回路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)過持續(xù)1周時(shí)間的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)期間出現(xiàn)一次差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象，即高壓側(cè)B相電流發(fā)生了一次突變現(xiàn)象，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，其他電流通道未見異常。

4.2.4 交流采樣插件檢測(cè)總結(jié)分析

通過長(zhǎng)達(dá)1周的監(jiān)測(cè)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)交流采樣插件的采樣精度和比率差動(dòng)動(dòng)作邊界試驗(yàn)均正常，長(zhǎng)時(shí)間帶電運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)一次高壓側(cè)B相電流突變的情況，波形與3月9日該所1#、2#B主變B相比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)的電流波形類似。由此初步推斷交流采樣插件的高壓側(cè)B相電流傳感器存在問題，偶爾會(huì)出現(xiàn)電流采集異常，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

4.3 傳感器檢測(cè)分析

該所主變差動(dòng)保護(hù)裝置交流采樣插件采用的是霍爾電流傳感器。對(duì)該交流插件B相霍爾電流傳感器進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，在沒有外部電流輸入的情況下，霍爾電流傳感器會(huì)有0.1～0.7 A的電流輸出。對(duì)傳感器內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器芯片的IC1管腳端子顏色異常，判斷是IC1管腳因運(yùn)行年限過久（已運(yùn)行9年）而出現(xiàn)老化導(dǎo)致電流輸出異常。更換新的運(yùn)放芯片后，檢測(cè)采樣正常，同時(shí)將原運(yùn)放芯片安裝至1個(gè)新的傳感器上，新傳感器也出現(xiàn)同樣的交流采樣異常現(xiàn)象。

由此證明，本次差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)作的原因?yàn)榻涣鞑蓸硬寮母邏簜?cè)B相霍爾電流傳感器的運(yùn)算放大器芯片IC1管腳老化，偶發(fā)性出現(xiàn)B相電流采樣突變。

5 防范措施

（1）采用新型無源電流互感器?；魻栯娏鱾鞲衅鳛橛性丛?，需要外接12 V電源用于產(chǎn)生基準(zhǔn)磁場(chǎng)，若外部電源故障或外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾基準(zhǔn)磁場(chǎng)，傳感器的輸出電流會(huì)出現(xiàn)突變或抖動(dòng)等異常情況，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。新型無源電磁式電流互感器為無源器件，可代替霍爾電流傳感器，不存在上述干擾問題，提高保護(hù)裝置交流采樣穩(wěn)定性。

（2）對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行全面排查。對(duì)既有牽引變電所主變差動(dòng)保護(hù)裝置交流采樣插件進(jìn)行全面排查，將原采用霍爾電流傳感器的交流采樣插件更換為新型無源電磁式電流互感器的交流采樣插件，防止出現(xiàn)類似保護(hù)誤動(dòng)作故障。

（3）強(qiáng)化保護(hù)裝置的日常試驗(yàn)檢修。按規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求，做好保護(hù)裝置的試驗(yàn)檢修，加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置采樣精度、保護(hù)動(dòng)作邏輯及可靠性進(jìn)行全面檢測(cè)試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，確保保護(hù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

（4）推進(jìn)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)更新改造。根據(jù)規(guī)程規(guī)范要求，將高速鐵路運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8年或超過8年[5]的牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)納入更新改造計(jì)劃，并逐步推進(jìn)， 防止綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備老化出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)等情況。

6 結(jié)語

牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)裝置可靠運(yùn)行與否，直接關(guān)系到電氣化鐵路的運(yùn)輸安全。保護(hù)裝置內(nèi)部的元器件也會(huì)嚴(yán)重影響裝置的運(yùn)行性能，可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，應(yīng)強(qiáng)化產(chǎn)品源頭質(zhì)量控制。日常運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)著力提升保護(hù)裝置的運(yùn)行質(zhì)量，出現(xiàn)問題深究根源，制定防范措施，加快推進(jìn)整改，保證保護(hù)裝置動(dòng)作正確、穩(wěn)定、可靠，防止因誤動(dòng)或拒動(dòng)影響牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免給鐵路運(yùn)輸安全造成嚴(yán)重干擾。