羅瑞忠，劉承國

0 引言

2020年3月1日15：43，吉衡線戊站全站停電。檢查發(fā)現(xiàn)信號電源開關箱主、備用（Ⅰ、Ⅱ路）電源的空氣開關燒壞，信號主、備用電源同相存在超過200 V的電壓差，嚴重超過TB/T 1528.1—2018《鐵路信號電源系統(tǒng)設備 第1部分：通用要求》中關于“兩路電源電壓差不得超過30 V”的規(guī)定[1]。分析認為，由于信號兩路電源同相存在較大電壓差，電務電源屏在切換過程中造成兩路電源并網(wǎng)短路，燒壞了空氣開關，并使0.4 kV電源開關全部跳閘。

本文將對此進行調(diào)查分析，找出兩路電源同相電壓差較大問題的根源并進行調(diào)整，以解決兩路電源同相電壓差的問題。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

吉衡線全線設10 kV電力貫通線1條。全線各站均在貫通線上接引10/0.4 kV變壓器，經(jīng)降壓后向信號設備供電，作為信號主用電源；同時就近接引一路地方10 kV綜合電源，也采用10/0.4 kV變壓器，經(jīng)降壓后作為信號備用電源；鐵路10 kV配電所所在車站由配電所接引一路綜合電源。供電示意圖如圖1所示。

圖1 吉（安）衡（陽）線供電示意圖

2020年3月1日吉衡線戊站發(fā)生停電故障后，供電管理部門對管轄范圍內(nèi)的吉衡線9個車站主、備用電源電壓情況進行了全面檢測，線電壓測量數(shù) 據(jù)如表1所示。

表1 貫通和綜合電源線電壓測量記錄 V

由表1可以看出，有4個站的綜合電源與貫通電源同相電壓差小于30 V，有5個站的電壓差超過了200 V。用相位伏安表測量上述5站兩路電源相序一致，同相相位差接近60°。

貫通與綜合10/0.4 kV變壓器聯(lián)接組別均為Dyn11，配電所10/10.5 kV貫通調(diào)壓變壓器的聯(lián)接組別為Yyn0。經(jīng)了解，自吉衡線開通以來，曾多次發(fā)生設備燒損事件。

2 計算校核相位差[2]

三相交流電力系統(tǒng)中的電力變壓器的繞組有星形和三角形兩種聯(lián)接方式，由于繞組聯(lián)接方式不同而產(chǎn)生不同的聯(lián)接組別。一般認為：由于從發(fā)電廠到用戶經(jīng)過了多次的電壓變換，很有可能因變壓器的聯(lián)接組別選擇不當造成用戶低壓兩路電源出現(xiàn)相位差，按照變壓器相位變換規(guī)則，兩路電源的相位差一般為30°的整數(shù)倍。

下文以戊站為例計算兩路電源的相位差。根據(jù)線電壓與相電壓的關系，計算各電源的相電壓：

貫通電源低壓側的相電壓Ua=Ub=Uc=Uab/= 378/= 219.4（V）

綜合電源低壓側的相電壓Ual=Ubl=Ucl=Ualbl/= 398/= 229.8（V）

以貫通電源A相初始角為0°，綜合電源A相初始角為ψ，寫出貫通和綜合電源的有效值相量為

繪制貫通電源向量圖（如圖2實線部分），其中o、a兩點之間的距離為219.4；再分別以o、a為原點（不考慮電源中性點o點漂移），以半徑分別為229.8和213作圓，兩圓相交于a1和a2點（以a1為例進行計算），連接oa1即為綜合電源Ual，其與Ua的夾角為ψ。補全綜合電源向量圖，如圖2虛線部分。

圖2 貫通與綜合電源低壓向量圖

已知三角形三邊長，利用余弦定理計算ψ，即

由式（1）可解得ψ= 57°，即綜合電源與貫通電源相位相差57°，綜合電源滯后貫通電源（如以a2進行計算仍相差57°，只是綜合電源超前貫通電源，不影響計算結果）。

同理可計算乙、丙、己、辛站綜合電源與貫通電源相位分別相差59°、55°、60°、57°。

通過上述計算，5站主備用電源相位差約為60°，與測量結果一致。

3 原因分析

吉衡線地處湖南較偏僻地區(qū)，地方供電主要有110 kV和35 kV兩種變電站，鐵路10 kV配電所的10 kV電源和甲、戊站的綜合電源均引自地方110 kV變電站，其余3站的綜合電源引自35 kV變電站。地方110 kV變電站主變一般采用三繞組變壓器，電壓比為110/38.5/10.5 kV，聯(lián)接組別為Yn0/yn0/d11；35 kV變電站主變?yōu)殡p繞組變壓器，電壓比為35/10.5 kV，聯(lián)接組別為Dyn11，其35 kV電源從110 kV變電站引接。

變壓器聯(lián)接組別的表示方法[3]：大寫字母表示一次側（或原邊）的接線方式，小寫字母表示二次側（或副邊）的接線方式。Y（或y）為星形接線，D（或d）為三角形接線。數(shù)字采用時鐘表示法，用于表示一、二次側線電壓相位關系，一次側線電壓相量作為分針，固定指在時鐘12點位置，二次側的線電壓相量作為時針。Yy聯(lián)接組號有0、2、4、6、8、10共6個，Yd聯(lián)接組號有1、3、5、7、9、11共6個。變壓器聯(lián)接組別中組號數(shù)字“0”表示一、二次側線電壓同相，“11”表示二次側的線電壓相量在時鐘的11點位置，即二次側的線電壓超前一次側線電壓30°（或滯后330°）。從地方變電站的變壓器聯(lián)接組別分析得出，110 kV和35 kV同相位，不論是從110 kV變電站還是35 kV變電站引出的10 kV電源均超前110 kV和35 kV電源30°，即地方電力部門提供的各站綜合10 kV電源和配電所電源相位一致。因此，上述5站主備用電源相位差60°不是由于變壓器變換引起，從5個車站的綜合電源分別引自110 kV和35 kV變電站也證明地方供電10 kV電源不存在相位差。

從變壓器的聯(lián)接組別分析，10 kV綜合電源應與貫通線相位一致，下文分析兩路低壓電源為何存在60°的相位差。聯(lián)接組別為Dyn11和Dyn1的變壓器接于同一10 kV電源時，其低壓側出現(xiàn)60°的相位差。從兩種變壓器的高、低壓線圈的端子連接及向量圖可以看出（如圖3所示），兩種變壓器只是改變了高壓側的線圈連接順序，以對應低壓a相為例，在Dyn11型變壓器中對應的高壓側線圈是AX(B)，而在Dyn1型變壓器中對應高壓側線圈是AX(C)，從向量圖中可以看出兩者低壓相差60°。即對于Dyn11的變壓器，其10 kV側是正相序還是反相序接線將造成低壓側同相相位相差60°。進一步巡查發(fā)現(xiàn)，該5站10 kV綜合電源是從附近的地方10 kV供電線架空“T”接至車站附近，再經(jīng)電纜接入箱變，在接線時將10 kV高壓A、C相接反，形成反相序。

圖3 兩種變壓器接線及向量圖

《鐵路電力管理規(guī)則》對用戶受電端電壓波動幅度有±7%的上限要求，但未對雙電源用戶的相序、相位作出規(guī)定[4]，鐵路供電工作人員對雙電源電壓差普遍存在認知上的不足，在吉衡線施工時未核對10 kV高壓相序、相位，盲目接線造成綜合電源與貫通電源的高壓側反相序，使信號專業(yè)兩路低壓電源出現(xiàn)60°相位差，出現(xiàn)大于200 V的電壓差。

4 解決方案

（1）對相位差通?？刹捎酶鼡Q變壓器予以解決，本案可定制聯(lián)接組別為Dyn1的變壓器，更換其中1臺即可解決，但存在變壓器一旦出現(xiàn)故障則無備用變壓器可替換等問題。

（2）根據(jù)前文原因分析得知，變壓器10 kV反相序接線將造成低壓相位相差60°，因此可以改變變壓器的外部接線來解決60°相位差的問題。將引入綜合電源變壓器的10 kV電纜倒換兩相（如A、C相），高壓倒換后低壓則呈反相序，此時將對應的低壓側兩相倒換，即解決了相位差問題（如圖4所示）。通過對吉衡線5站綜合電源變壓器的高低壓接線進行調(diào)整，兩路電源同相電壓差均低于15 V，解決了兩路電源同相存在較大電壓差的問題。

圖4 Dyn11的變壓器改變外部接線及向量圖

5 結語

對于大電網(wǎng)（不含未并網(wǎng)的小水電，存在頻率差）提供的兩路電源，變壓器聯(lián)接組別選擇正確，可以將用戶低壓兩路電源的同相電壓差控制在30 V以內(nèi)。相位相差30°時可將其中一臺變壓器更換為合適聯(lián)接組別的變壓器，相位差達60°時可將變壓器高壓側調(diào)整兩相接線（改為反相序），對應低壓側兩相同步更改即可。在施工及驗收時，對雙電源用戶應加強電源相序、相位的檢測，兩路電源電壓差較大時應認真分析是變壓器聯(lián)接組別問題還是接線問題，對應進行調(diào)整，確保設備運行安全。