鐵路10kv電力系統故障與防范分析對策

李久來

摘要：10kv配電線路被廣泛應用在鐵路電力系統運行中，在鐵路行車信號系統、紅外線探測系統、車號識別系統以及隧道照明、通信設備、調度管理等系統中發揮著重要作用。但是在鐵路電力系統中存在大量變壓器，當變壓器出現故障后會引起跳閘停電，嚴重影響鐵路正常運行。所以有必要對鐵路電力系統的故障問題及其原因進行探究，并提出相應的防范措施。鑒于此，本文將在闡述相關概念的基礎上，對當前鐵路10kv電力系統故障及其原因進行分析，然后就如何防范電力系統故障提出幾點看法。

關鍵詞：鐵路;10kv電力系統;配電線路;故障;原因和防范

1 電力系統和10kv自閉貫通電網概述

1.1 電力系統

電力系統中包含大量的電力設備、繼電保護裝置和計量測量儀器以及各種信號通訊設備和控制設備，其中10kv電力系統為電壓等級較低的電力系統，也是應用最為廣泛的電力系統。隨著經濟的快速發展，鐵路建設規模擴大，因而10kv電力系統的建設也在全國范圍延伸，該線路建設面積大、線路長，長期處于戶外條件下，很容易出現故障問題。一旦出現故障便會影響鐵路線路的正常運行，帶來嚴重的經濟損失，甚至會危害人們的生命財產安全。在對供電質量和可靠性要求越來越高的情況下，鐵路電力網絡越來越復雜，對于鐵路電力線路的控制需要依靠自動化的手段，通過自動化數據采集和監控及時反饋異常情況，及時定位故障位置并采取臨時措施來縮短停電時間和停電范圍，這樣才能提高供電的可靠性和供電質量。

1.2 10kv自閉貫通電網

自閉貫通電網是一種專門為鐵路自動閉塞信號裝置提供電源的網絡，鐵路系統專門使用的10kv自閉貫通電網供電距離在40-60千米，當該線路上的配電所發生故障后所波及的面積巨大，造成的影響損失也巨大。目前對于電力系統的故障定位和排查還缺乏有效措施，尤其在準確定位上還存在不少困難。

鐵路10kv自閉貫通電網和平常生活所用的電力系統配電線路還有所不同，該電網具有以下特點：首先供電線路更長，所以面臨的自然環境也更加復雜，大多鋪設在崎嶇山區的線路其更容易出現故障，且難以快速準確地定位故障位置。其次，供電點少且供電負荷較小，因為只有鐵路停靠站點才有接入點，電網所接入的用戶少。再次，電壓等級較低，配電所的結構十分單一。自閉貫通電網使用的供電設備少，需要輸電設備多，組成結構簡單，所以供電可靠性更好。最后，該電網為單獨為鐵路服務的內部電網，所以電力系統沿線分布均勻且互相連接，連接的形式主要有自閉線和貫通線，連接形式相對簡單。

2 10kv自閉貫通線路故障和成因分析

2.1 10kv自閉貫通線路故障

鐵路10kv自閉貫通線路主要故障類型包括相間短路、接地相間短路和單相接地故障。其中單相接地故障是發生頻率最高的，當配電線路斷線落在地上或者搭接在塔架上便會引起單相接地故障。在大風或者振動作用下、在導線沒有連接牢固，或者受樹木建筑物的影響也會引起單相接地故障。相間短路故障也就是線路過流跳閘問題，是影響10kv配電線路最大的故障，而且在發生故障時很難快速找到準確的故障點，所以排查故障的難度較大。接地相間段落包括三相接地電路和兩相接地故障。三相接地電路故障發生時，電壓降低，故障相可監測到短路電流，但整個系統無零序電流和零序電壓。靠近故障電源側的區域能監測到短路電流，遠離電源側的區域則監測不到短路電流。兩相接地故障區靠近電源側線路都能監測到相同短路電流，而遠離電源側的線路沒有短路電流，整個配電線路上有零序電壓和零序電流。此外，變壓器油溫升高、變壓器絕緣油變質以及絕緣套管閃絡或爆炸等也是引起鐵路線路故障的常見問題。

2.2 10kv自閉貫通線路故障發生的原因分析

2.2.1 自然因素

從過去發生的線路故障問題來看，在雷雨等不利氣候條件下更容易出現線路故障。這是因為在這些不利天氣狀況下，電力系統中的電網設備更容易被破壞，比如遭到雷電損壞而引起停電問題，嚴重時還會誘發火災事故。雷電是引起跳閘的重要因素，在發生后就會引起設備絕緣性能下降、損壞等問題，進而引起安全事故。除了雷電外，在大風、雨雪天氣也會損壞電力設備，比如風力太大便會使各個設備之間的距離變小，這樣就容易引起線路短路故障。在冰雪天氣，電力設備遭受到的壓力變大而使部分結構遭到破壞，進而破壞線路的運行，影響供電系統正常供電。在下雨天氣，絕緣部分也會受到雨水影響而出現短路。尤其在雷雨頻發季節，如果不做好對10kv配電線路的檢修保護，類似故障會頻發發生，一旦線路被破壞以后就會給社會生活生產造成嚴重損害。

2.2.2 人為因素

人為因素引起的線路故障問題可以分成三類：第一類是因為電力企業內部管理人員專業能力不夠高，企業自身的安全意識不夠，所以缺乏對這些技術人員的培訓管理，使得管理技術人員沒有真正意識到自身工作的重要意義，在檢修維護中出現態度不端正、沒有嚴格按照規范操作等行為，造成檢修質量不高，設備存在的安全隱患不能及時發現和根除，給設備安全運行埋下隱患。第二類是在配電線路設計和施工中，存在設計方案不合理、施工中各單位和各部門配合不理想等問題，加上受到施工技術、施工人員和施工材料質量等因素的影響，使安裝以后的配電線路存在較多安全隱患。如果后期沒有及時發現和進行整治，就會出現設備運行不穩定，甚至出現嚴重的設備問題。此外和電力用戶的安全意識有關，人們缺乏安全意識和法制意識，目前依然存在破壞配電線路，隨意將生活垃圾堆放在配電線路周圍，在線路四周隨意放鞭炮等，這樣自然會引起線路故障和安全事故。

2.2.3 管理因素

在對10kv電力系統運行的維護管理上，一方面不少業務人員的技術水平還不夠，對于運行維護的經驗不夠豐富，所以在日常檢修維護中可能不能很好地把握檢修的重點和主要換IE，這樣就不能及時找出線路主要故障和安全隱患。另一方面因為在運行中國配電線路自身可能存在高壓引線、線夾等連接不牢的問題，加上容易受到外界因素的影響，如果不能及時發現和處理，就可能會引起燒毀燒斷線路的問題而引起安全故障。

2.2.4 線路自身因素

鐵路建設工程發展快速，鐵路用電線路卻變得越來越復雜，數量規模提升的同時種類也變得多種多樣。但是在實際設計、施工和運行維護中，一方面可能在設計初始就存在設計漏洞而沒及時發現和改正，這樣就會影響后期的建設和實際運行，帶來的后果是不可估量的。另一方面在施工中，如果沒有采用合理的施工方案，或者所使用的設備、材料和技術不合理不理想，就會影響安裝施工的質量，對于線路的管理和修復不夠重視就會出現線路不穩現象，還會加大線路損耗量，引起電能的浪費。此外，在運行維護中，當線路絕緣層老化后，如果沒有及時維修更換就可能會引發跳閘問題。在線路及其設備方面，主要存在的故障有配電變壓器故障和絕緣子絕緣性下降等問題。配電變壓器發生故障主要是日常保養不到位和長期大負荷運行造成內部絕緣性能下降而引發線圈匝間短路等。絕緣子絕緣性下降的主要原因是超期運行、遭雷擊、臟污等，進而引發安全事故。此外，避雷器質量或安裝不合理，高壓熔絲熔斷、支柱上各種開關質量不滿足要求或設備運行過長而沒有進行檢修、更換，則可能會引發線路停電故障。

3 鐵路電力系統線路故障預防措施

3.1 防范自然災害的措施

鐵路10kv配電線路較長，且大部分鋪設在條件復雜地區，布設起來難度較大，加上這些地區自然氣候環境惡劣，所以運行維護的難度也很大。當線路出現故障后就會出現停電，不僅會影響鐵路正常運行，造成巨大經濟損失，而且還會威脅人們的生命財產安全。從故障原因分析中可以發現，自然災害是引起線路故障的主要因素，應對一般自然災害時可以通過裝設避雷裝置的方式來降低雷電給配電線路造成的損害。在自然災害頻發季節，可結合現場具體情況增加避雷裝置，加大對現場設施的維修管理。為避免受當地大風天氣和雨雪天氣的影響，在安裝鋪設配電線路時就應該選擇性能優良，尤其是承載能力較大的電線，抵抗大風荷載力和雨雪壓力的影響。在日常檢修維護工作中要及時發現已經老化或出現破損的電線，并及時更換以免引起漏電事故。此外，由于樹木和建筑物等也會影響配電線路的正常運行，所以要及時和相關部門溝通聯系，協調綠化工程和建筑工程與配電線路工程之間的關系。

3.2 針對人為因素的預防措施

針對人為因素引起的線路故障問題，在設計配電線路時就要考慮將其設置在人為活動較少的地方，在安裝以后應在附近設置警示牌或防護欄，這樣可以給過往的行人、車輛等以警示。此外還應該加大安全知識的宣傳力度，使廣大人民群眾可以認識到安全用電、維護電力系統安全的重要意義。最后，鐵路供電部門應加大對技術人員的培訓，提高他們檢修維護的專業水平，同時培養責任心和安全意識，在配電線路維修管理中能嚴格按照規范要求開展操作。

3.3 加大對10kv配電線路的日常檢查和管理

10kv配電線路故障問題時有發生，但如果能加大日常維修管理，便能大大降低故障問題發生的概率。比如可以成立專業的配電線路維修管理小組，在完善各項機制措施的基礎上將具體任務分配給具體部門和人員，并通過責任機制和獎懲機制來充分調動工作人員的積極性，提高他們的安全意識和技術水平，使各項工作可以落實到位。在針對配電線路的管理中不僅要有定期的維修方案，還要制定一系列緊急預案，當出現緊急情況時可以及時采取針對性的措施加以解決，避免故障大面積擴散而加大經濟損失。

3.4 對變壓器的維護保養

變壓器在安裝時應合理選擇安裝環境，保證其在良好環境下工作。為避免雷電引起的設施故障和人為偷竊現象，需設置合理的配套防雷設施和防盜設施。其次，在變壓器運行中要保證其承載的負荷在設計允許范圍內。此外，為保證變壓器正常運行，尤其要保證其瓷套管和絕緣子的完整與整潔，保證接頭穩固，定期對變壓器的避雷設施、導電電阻等進行檢查。在油冷卻系統中注意檢查散熱器有無出現滲漏、生銹等問題。

4 結語

作為鐵路主要輸配電線路，10kv電力系統線路一旦出現問題將造成鐵路各系統障礙，導致整個鐵路系統線路癱瘓而影響鐵路的正常運行。本文作者認為檢查維護人員首先要做好對變壓器的安裝和運行管理，其次應該合理應用各種新技術和新設備，準確定位故障位置并采取合理的措施加以排除。

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