铁路变电所直流自用电系统绝缘故障分析处理

滕少华

摘要：在牵引变电所综合自动化系统中，铁路变电所直流自用电系统与其他系统是不相联的，如果发生绝缘故障，保护装置拒动，危及电网的安全，扩大停电范围，中断供电，干扰动车组运行秩序。本文从高速铁路牵引变电所现场工作实际出发，逐一分析直流用电系统发生故障时带来的危害，并提出处理方法。

关键词：牵引变电所;故障危害分析;处理方法

1直流用电系统故障会影响供电干扰行车

2018年1月30日23：50贵广客专线，供电调度远动将两安变电所II回2#变倒至I回1#变运行，101QF控制电源开关无法合闸;间接造成1#变高压侧无保护运行长达14小时，存在很大安全风险。经查本次故障原因是同时出现正、负极接地故障后导致101QF控制电源开关无法合闸。因此直流系统发生故障，威胁电网安全运行，同时可能干扰动车组运行秩序。

2牵引变电所直流系统构成及作用

直流用电系统由直流回路、蓄电池、直流负载和充电装置四部分组成（图1），充电模块主要采用高频开关电源，其主要功能是将交流电源变成成稳定的直流电源同时给蓄电池充电，以确保蓄电池处于随时可供电的状态。蓄电池其功能主要是在交流电源断电时能够实时地提供二次回路所需要的直流供电，目前采用阀控式铅酸电池GFM。直流负载主要包含保护装置、继电器线圈、熔断器及控制开关等。目前牵引变电所直流系统输出的电压都是110 V，主要为牵引变电所内的继电保护装置、自动装置及各种信号装置等二次设备提供工作电源，为断路器和电动隔离开关提供操作电源，还为在牵引变电所用电交流系统出现紧急情况时牵引变电所提供照明和相关设备应急操作用电，以保证变电所二次设备能够工作，保证故障处理恢复交流系统供电。但直流系统对脆弱，保护能力比较差，因此直流系统在实际运行中存在不可控的风险。

3变电所直流系统绝缘故障分类及成因

牵引变电所直流自用电系统相对复杂，与其连接的二次设备或装置很多，比如控制二次回路、合闸二次回路、保护二次回路、信号二次回路等回路都与之相互连接，因此很难做到对直流系统做到全面检修或是将所有的零部件更换。因此直流用电系统发生绝缘故障是接地故障，绝缘接地故障细分可分为正极接地、负极接地、正负两极接地。

3.1直流用电系统设备故障。

直流自用电系统长时间工作后，会出现部分设备会出现老化，直流系统设备故障导致中断供电，变电所保护装置无法工作，此时发生设备故障，供电系统面临解列的风险。

3.2环境因素。

由于变电所处的自然环境恶劣，回路潮湿绝缘降低或遭到鼠害破损等情况，直流系统接地故障概率。

3.3施工质量不佳。

变电所施工时过程控制不严格，将控制电缆损坏，严重降低直流系统的绝缘能力，进而发生直流系统接地故障，列如贵广线两安变电所因接在1#主变重瓦斯继电器正极导线破损出现绝缘降低发生正极接地，属施工遗留隐患。

3.4技术操作不到位。

现场作业人员操作错误造成直流自用电系统接地故障，主要是贪图操作方便或操作失误造成接地故障，表现为在带电二次回路上进行相关操作时，不慎将设备金属外壳与直流电源接触，瞬间导致直流自用电系统接地。

4 变电所直流自用电系统接地故障危害及处理

4.1直流开关跳闸及处理

直流控制开关跳闸多数情况都是负荷侧发生短路引起，必须将短路故障排除后方可合闸送电，如果未排除短路故障时而多次合闸送电，会扩大故障范围，严重时候会熔断直流总保险（图1），会造成整个牵引变电所瘫痪，因此处理短路故障后才能将空气开关合上。

4.2充电机回路设备故障及处理

目前，我局管内直流系统均采用高频开关整流器，运用软开关变换技术，4台高频开关整流器并联运行向直流负荷供电（图2），并供给电池组充电，二次回路相关设备发生接地故障会影响整流。例如：2018年10月13日柳南客专五塘AT所，就是因为直流电压隔离变送器出现故障充电机无法工作。高频开关整流器都是并联运行，任意一个出现故障，保护动作，这个时候整流模块的均流和外控功能将会不起作用，但是故障整流模块不会影响其它整流模块的正常工作。高频开关整流器支持带电插拔，因此允许不行停电进行更换故障整流模块。

4.3变电所直流系统接地危害

正常情况下，直流自用电系统其正极和负极的绝缘电阻阻值相同，正极和负极对地电压相等。当直流自用电系统正极或者负极发生接地时（图3），正极和负极之间电压差将会增大，对直流自用电系统有非常大的影响，非常大的危害。

①直流系统正极接地，如图3中 E点所示，可能出现设备出现误动，即牵引变电所自动装置或继电保护装置出现异常动作，造成开关动作分闸，接触网无电，影响行车。

②直流自用电系统负极接地，如图3中F点所示，可能造成开关不动作。牵引变电所控制回路的设备正常都是接在负极，如果同时出现多点接地时自动装置或保护装置会动作不正确，甚至造成直流系统正极和负极发生短路，继电器线圈通过大电流将其烧毁，保护装置损坏。

③直流系统正极和负极同时接地是最糟糕的，如图3中 E点和 F点同时发生接地短路，两极接地会使空气开关跳闸或烧毁熔断器，蓄电池糟破坏，更严重甚至引起爆炸。如两安变电所101QF控制开关无法合闸，是因为正负极同时接地造成的。不管是哪一种接地情况，对变电所的直流系统都会带来巨大的危害，影响牵引变电所正常运行。

4.4变电所直流系统接地查找方法

排查绝缘接地故障原则是先查主控室外外面的，后查主控室里面，先查备用系统设备后查运行系统设备，主要方法有：

①拉回路法。

这是查找直流自用电系统绝缘故障的方法中最实用最简单且最有效的方法。其操作步骤为：首先是切断信号回路供电，其次是切断照明回路供电，再次是切断操作回路供电，最后是切断保护回路供电。相关技术人员要创新维护措施，综合考虑直流自用电系统的复杂性，提高接地故障位置判断的准确性，在降低故障查找难度的同时提高查找效率。

②选线装置监测法。

选线装置监测法是利用在线实时监测确定直流自用电系统接地故障位置，是通过选线装置检测直流自用电系统所有部分对地绝缘情况，做到快速检测到的接地故障情况，并将接地故障回路的编号显示在报告信息中。目前各个大厂家生产直流绝缘监察装置均带有此功能，方便确定故障回路，不再需要逐一拉回路。选线装置监测法能够检测到接地回路，但无法确定该接地回路的接地位置。

③便携式直流系统接地定位装置监测法。

利用便携装置确定直流自用电系统接地故障的位置，不同于選线装置监测法它的主要检测目标是直流自用电系统接地的具体位置。这种方法与前两种方法相比优势较为明显，它不需要切断直流回路电源就可以排查找接地故障。在动车组密集运行区段，采用先进设备排除接地故障会成为今后主要手段。

5 结束语

随着动车组运行密度的不断增加，对牵引供电系统稳定性要求越高。直流自用电系统避免发生故障，否则造成直接或间接的经济损失，动车组长时间滞留途中，将造成旅客情绪波动引发群体事件，造成不良社会影响。因此将铁道变电所直流系统的安全可靠运行必须提高到一个新的高度。

参考文献：

[1] 戴志平.二次回路接地故障的危害和查找[J].电世界，2005，（8）

[2] 杜新华.电力系统直流接地的危害分析及预防措施[J].中国高新技术企业，2010（30）.

[3] 程波.牵引变电所综合自动化[M].北京：中国铁道出版社，2008.

（作者单位：中国铁路南宁局集团有限公司调度所）