鐵路10kv電力系統故障與防范分析對策

張向群

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段,山西太原 030013)

鐵路10kv電力系統故障與防范分析對策

張向群

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段,山西太原 030013)

我國的鐵路系統運行中1Okv電力系統起著重要作用,1Okv電力系統被廣泛使用于鐵路行車信號、客貨票系統、紅外線探測、車號識別系統、無線列調、車站站場及隧道照明、機車車輛運用檢修、通信設備、調度管理系統等多種用途,而不同大小和類型的變壓器在鐵路供電系統中使用數量較多,一旦變壓器發生故障。不僅停電影響范圍大、時間長、而且會嚴重干擾鐵路運輸的正常秩序。準確分析電力系統的故障區域,及時解決問題是保證1Okv電力系統正常運行的重要手段。如何去對鐵路自閉貫通線路進行快速的故障判斷,是當前我們面臨的問題,本文將簡述鐵路自閉貫通線路的特點,對于鐵路自閉貫通線路的常見故障以及故障原因進行分析,提出相應的防范措施,希望對我國電氣化鐵路建設有所裨益。

電力系統 鐵路線路 常見故障 原因分析

經濟的發展讓我國的鐵路線路向著全國延伸，而鐵路的延伸也意味著10KV電力系統的建設。由于其特殊的功能，10kv電力線路可以說遍布全國，線路極長，再者我國大多數的10kv的鐵路電力線路都處在戶外的條件下，受外部條件的影響，鐵路電力線路容易出現故障，而鐵路電力系統線路一旦出現故障，會影響旅客的出行，造成巨大的經濟損失。因此針對不同的鐵路輸電線路的故障快速判斷故障發生的原因和地點就成為了現在要解決的當務之急。

1　電力系統網絡概述

電力系統系統主要包括電力設備、繼電保護、自動裝置、測量和計量儀表以及通訊和控制設備組成。在我國因電壓的不同而將電力系統網分為不同的種類，110kv和35kv的稱為為高壓電力系統網，10kv的則為中壓電力系統網，0.4kv為低壓電力系統網。所謂的電力系統網絡的主要功能是把發電廠發出的電經過降壓之后運輸給用戶使用。

而隨著我國鐵路網絡的不斷擴展，鐵路配套的網絡也越來越復雜，用戶對于供電質量和供電可靠性的要求越來越高，僅僅憑借人力來監控整個鐵路線路的運行已經變得不再現實，電力系統自動化的概念應運而生。嚴格說來，現在所使用的計費自動化以及通斷電的管理均屬于電力系統自動化的范疇，電力系統自動化還包括對電力系統網的數據采集和監控，能夠隨時監控整個系統的運行情況，對于異常情況可以及時進行反饋。鐵路系統涉及的范圍極大，一旦發生供電故障，勢必影響大量旅客的出行，采用電力系統自動化系統，能夠及時對故障進行定位，甚至能夠及時的故障進行自我修復，顯著提高鐵路線路的供電質量和供電可靠性。

2　10kv自閉貫通電網的現狀及特點

2.11Okv自閉貫通電網概述

自閉貫通電網就是專門為鐵路自動閉塞信號裝置、駝峰信號等I級負荷提供電源。10kV自閉貫通線路是指對自動閉塞區段信號設備供電的專用電力線路。鐵路系統所使用的10kv自閉貫通電網的供電距離一般條件下為四十至六十千米，因此，當10kV自閉貫通線路或向該線路供電的配電所一旦發生故障時，影響的范圍將會非常的巨大，而且故障也難以排查，因而肯定會嚴重影響鐵路系統的正常運輸計劃，造成難以估計的巨大經濟損失。我國目前也無法對電力系統線路的故障進行及時的定位，對于鐵路電力系統線路故障檢測缺乏有效的方法，目前采用最多的方式是監測10kv母線零序電壓是否超過了整定值，以此來判斷整個線路中是否出現了故障，但是對于故障發生的具體地點則難以監測，只能夠提醒相關工作人員出現了障礙。

2.2鐵路1Okv自閉貫通電網的特點

鐵路10kv自閉貫通電網與日常所用的生活電力系統線路有所不同，為了保證鐵路系統的安全運輸，鐵路10kv自閉貫通電網更加可靠，經濟上也更加合理，相較于日常生活用電的電力系統線路，鐵路10kv自閉貫通電網具有以下特點:(1)供電線路較長。鐵路線路遍布全國，而很多鐵路輸電線路都存在于崇山峻嶺之中，日常生活用電的電力系統線路供電臂一般是四十到六十千米，但是很多鐵路輸電線路的供電臂已經長達七十至八十千米，這就無形之中為故障的定位增加了困難。(2)供電點少，供電負荷小。鐵路10kv自閉貫通電網僅供鐵路使用，也就是只有停靠的站點才有接入點，因而電網的相較于生活用電的電力系統線路，鐵路10kv自閉貫通電網接入的用戶較少，供電線路的負荷很小。(3)運行環境較為復雜，維護上有難度。無論是地上輸電線路和地下輸電線路，多線路都是存在于荒郊野外，不僅對相關工作人員的日常維護造成的困難，其本身也容易受到復雜自然環境的損壞，受到氣候、地質的影響較大。(4)電壓等級低，配電所結構單一。由于鐵路線路屬于唯一的用電終端，因而鐵路10kv自閉貫通電網不需要進行二次變電即可直接使用。由于鐵路對于功能的要求和應用范圍基本一致，因而鐵路電力系統線路的電力系統所硬件配置上基本相同，功能也相似。(5)具有高度的可靠性。由于鐵路自閉貫通電網中使用的供電設備較少，更多的是輸電設備，其組成結構簡單，因而具有更高的可靠性。(6)接線形式簡單。鐵路10kv自閉貫通電網是一個單獨為鐵路服務的內部電網，各電力系統所沿線基本均勻分布且互相連接，構成手拉手供電方式。連接線有兩種:一是自閉線，為主運行方式;二是貫通線，為備用方式。

3　10kv自閉貫通線路的線路故障分析

3.1自閉貫通電網相間短路故障分析

由相間短路而引起的自閉貫通電網的故障類型主要有三種:三相接地短路、三相相間短路、兩相接地短路、兩相相間短路。

兩相相間短路時電路主要呈現以下特點:(1)故障相間電壓降低，故障相有短路電流，整個系統無零序電流和零序電壓。(2)故障區靠近電源測各分段都能夠監測到短路電流，二，遠離電源側則無法檢測到電流。

兩相接地時，無論故障出現在相同區間還是不同區間，電路均呈現以下特點:(1)故障區段靠近電源側的線路都能夠監測到相同的短路電流，故障區遠離電源側的線路無短路電流(2)整個輸電線路中有零序電壓和零序電流。

三相短路時電路呈現以下特點:(1)故障相電壓降低，且可以監測到短路電流，整個系統中無零序電流和零序電壓。(2)故障區靠近電源側的線路能夠檢測到相同的短路電流，遠離電源側的線路則檢測不到短路電流。

三相接地時電路呈現以下特點:(1)故障相電壓降低，故障相可以監測到短路電流，但是整個系統中無零序電流和零序電壓(2)故障區靠近電源側的區域能夠監測到短路電流，遠離電源側的區域則監測不到短路電流。

3.2自閉貫通線路單相接地故障分析

金屬性接地時整個線路呈現以下的特點:(1)非故障線路零序電流的大小等于本線路的接地電容電流;故障線路零序電流的大小等于所有非故障線路的零序電流之和，也就是所有非故障線路的接地電容電流之和。(2)非故障線路的零序電流超前零序電壓90°;故障線路的零序電流滯后零序電壓90°;故障線路的零序電流與非故障的零序電流相位差為180°。(3)接地故障處的電流大小等于所有線路(包括故障線路和非故障線路)的接地電容電流的總和，并且超前零序電壓90°。

非金屬性接地時整個電路呈現以下特點:(1)當10KV自閉貫通線路發生單相接地時，非故障相始端的零序電流超前零序電壓90°;故障相始端的零序電流滯后零序電壓90°;而接地電阻不影響零序電流與零序電壓之間的相位差，只影響幅值與初相角。(2)10KV自閉貫通線路發生單相單點接地時，故障區段前端的各分段處零序電流滯后零序電壓90°;故障區段后端的零序電流超前零序電壓90°。

4　10kv自閉貫通線路的硬件故障分析

變壓器是10kv自閉貫通線路常用的硬件設備，而由變壓器引起的線路故障也是常見的故障之一。常見變壓器故障主要有以下幾種:

4.1變壓器油溫不斷升高

一般來說變壓器的溫度應該維持在穩定值，但是有時候變壓器的油溫會不斷升高，這就說明變壓器內部出現了問題。一般來說變壓器的油溫升高都是由于穿芯螺絲的絕緣被破壞，而鐵路供電線路中的電流本來就較大，較大的電流通過穿芯螺絲時，使得螺絲嚴重發熱，影響變壓器的正常工作。

4.2變壓器絕緣油變質

一般來說變壓器的內部與外部隔離，因而變壓器內部的絕緣油不會輕易變質，但是各種嚴峻的氣候很可能讓變壓器絕緣油與空氣接觸，由于變壓器的溫度較高，使得絕緣油與空氣的反應更加劇烈，生成的各種雜質能夠腐蝕變壓器內部的金屬材料以及絕緣材料，使得大電流經過變壓器時變壓器的發熱現象更加嚴重，絕緣油與空氣的反應也就越快，由此形成了一個惡性循環。

4.3絕緣套磁管閃絡或者爆炸

由于密封橡膠圈本身質量的原因，或者是惡劣天氣的影響，水分進入變壓器內，使得絕緣受潮，引起擊穿放電，這樣就會導致套管爆炸事故，而套管碎片或者是套管本身存在裂紋都會導致閃絡現象。

5　鐵路10kv電力系統線路故障原因分析

一般來說鐵路10kv電力系統線路出現故障都是由于硬件上的故障引起的，因此這里著重討論鐵路10kv電力系統變壓器故障分析。

(1)自然條件是引起電力系統線路故障的重要因素，而雷擊又是經常發生的災害之一，變壓器遭受雷擊的主要原因如下:變壓器配套的避雷裝置沒有起到作用，可能是避雷裝置質量有問題，或者長期沒有維護而損壞;接地裝置達不到技術要求，接地導線的電阻過大，無法快速將電流傳遞到地上，有可能是長期的風吹日曬使接地裝置銹蝕嚴重，影響了其導電的性能。(2)絕緣老化。變壓器的使用年限過長很可能導致變壓器的絕緣老化，而變壓器的絕緣老化，會導致各種問題，甚至還會增大雷擊的幾率。(3)過載。鐵路系統的工作量較大，因而鐵路10kv電力系統線路的變壓器很容易出現過載的現象，頻繁的過載導致變壓器溫度升高，溫度的反復變化能夠導致絕緣的過早老化，一旦變壓器絕緣老化到一定的程度，就可能發生故障。(4)受潮。電氣裝備最害怕的就是水，一旦變壓器進水，有極大可能導致變壓器運行的障礙，因此在野外的變壓器一定要做好良好的防護措施。(5)蓄意破壞。鐵路供電線路有很多故障都是供電設備被人蓄意破壞所導致的，這也與鐵路輸電線路供電臂過長有關。而施工導致的鐵路供電線路受損的情況也時有發生。

6　鐵路電力系統線路故障預防措施

6.1變壓器的安裝以及運行

變壓器安裝的時候應該對安裝的環境進行選擇，保持變壓器在良好的環境下運行。對于配套的防雷擊設施和防盜設施要齊全，避免雷擊事故以及人為損壞導致鐵路輸電線路的故障。再者在變壓器運行的時候首先要保證變壓器所承載的負荷在變壓器設計的允許范圍之內，這樣才能盡可能延長變壓器的使用壽命。

6.2變壓器的維護保養

想要保證變壓器的正常運行，應該保證瓷套管和絕緣子的完整和清潔，保證各個接頭的穩固，定期對變壓器的絕緣油、避雷設施、導電電阻進行檢查，保證絕緣油的絕緣效果、避雷設施的有效性、接地線的導電性能。在油冷卻系統中。檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制變壓器油自由流動的機械損傷。

6.3常規線路的監測

鐵路10kv電力系統線路雖然擁有眾多的保護措施，但是均需要耗費大量的人力物力來維持，鐵路越長需要耗費用來管理的人力物力就越多，這是不劃算的。而如今電腦技術已經非常發達，利用探頭來進行遠距離實時監測已經是很容易的事情，因此在輸電線路中設置多個探頭來檢測整個線路的進行也并非是不可能做到的。通過探頭進行整個鐵路線路的監測，不僅能夠提高對于鐵路電力系統線路故障發生的效率，節約解決故障的時間，更重要的是能夠節約人力和物理，相關工作人員不必翻山越嶺去一段段檢查輸電線路是否存在障礙，保障了相關工作人員的生命安全。當然，利用探頭來實現遠距離的實時監控，能夠幫助管理人員及時了解整個電力系統線路的運行情況，如果有人蓄意破壞鐵路電力系統線路，可以迅速進行修復，避免了重大安全事故和經濟損失的發生，使得供電線路的穩定性更強，能夠更好地為人民服務。

7　結語

10kv電力系統線路是我國鐵路的主要輸電線路，是構成我國鐵路運輸網絡極為重要的設備，一旦電力系統線路出現問題，鐵路行車信號、客貨票系統、紅外線探測、車號識別系統、無線列調、車站站場及隧道照明、機車車輛運用檢修、通信設備、調度管理系統都會出現障礙，甚至整個鐵路系統都會出現癱瘓。本文對鐵路10kv電力系統線路的線路故障進行了分析，相關工作者可以通過發生不同故障時電路所表現出的特點來確定故障發生的位置。再者針對變壓器的故障，可以裝變壓器的安裝、運行以及日常的維護和保養入手，保證變壓器運行的環境、運行的狀態。相信隨著科學技術的發展，各種新的技術將會不斷被應用到鐵路電力系統線路之中，屆時鐵路電力系統線路的運行將會更為穩定，為人們提供更大的便利。

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