接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源模塊故障原因分析

吳挺勇

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 沿海鐵路工程建設(shè)指揮部，工程師，廣西 防城港 538000）

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端是針對(duì)接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視、開(kāi)關(guān)控制及故障報(bào)警的遠(yuǎn)動(dòng)終端單元，用于對(duì)電氣化鐵路站場(chǎng)內(nèi)或區(qū)間的接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)控，提高牽引供電運(yùn)行的可靠性和安全性，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，提高調(diào)度的效率、水平及經(jīng)濟(jì)效益等。黎湛電氣化鐵路接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端采用光纖控制方式，自2016 年電氣化開(kāi)通使用以來(lái)陸續(xù)發(fā)生了27 件故障隱患，其中10 件為電源模塊故障，影響接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程控制的可靠性。因此分析接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源模塊故障原因，找出解決對(duì)策，可有效減少接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端故障隱患，提高牽引供電運(yùn)行的可靠性和安全性。

1 接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端的構(gòu)成

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端的核心是實(shí)現(xiàn)測(cè)控、通信功能。組成測(cè)控終端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端采用了模塊化和封閉式結(jié)構(gòu)。測(cè)控終端設(shè)置AC220V/DC24V 電源模塊和24V后備電池組，電源模塊對(duì)電池組進(jìn)行充電，并具備自身故障報(bào)警功能。當(dāng)測(cè)控終端交流電失電時(shí)，電池組可對(duì)測(cè)控終端的電源模塊提供電源。電源模塊相當(dāng)于逆變器，將輸入AC220V 電源轉(zhuǎn)變?yōu)镈C24V，為接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端內(nèi)電子元器件提供工作電源。

2 接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端存在問(wèn)題

2.1 測(cè)控終端問(wèn)題特征及故障處理情況

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端故障，主要表現(xiàn)為測(cè)控終端出現(xiàn)失電故障告警、通信異常、不定態(tài)后自動(dòng)恢復(fù)。故障現(xiàn)象為失電故障告警、通信異常的，測(cè)控終端需更換電源模塊能恢復(fù)正常，故障現(xiàn)象為不定態(tài)，反復(fù)復(fù)歸，需對(duì)測(cè)控終端遙信接線頭進(jìn)行緊固即可恢復(fù)正常。

2.2 電源模塊拆解檢查情況

將出現(xiàn)問(wèn)題的電源管理模塊進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)電源模塊輸入端壓敏電阻RV 外殼開(kāi)裂，裂口較長(zhǎng)，且有燒焦味。

3 電源模塊機(jī)理分析

為了分析電源模塊發(fā)生問(wèn)題的真正原因，對(duì)電源模塊進(jìn)行機(jī)理分析。

輸入端局部原理如圖2 所示。RV 是抗浪涌電壓元件，放在入口端用于吸收進(jìn)入電源模塊的浪涌電壓以保護(hù)后級(jí)電路的安全，RV最大允許交流輸入電壓為300V，轉(zhuǎn)換成直流是425V。輸入端抑制單元（C2、C3、LF1等）用來(lái)進(jìn)一步抑制串入交流入口的浪涌電壓（共模、差模），經(jīng)橋式整流、高壓濾波電容C6濾波后變成穩(wěn)定的直流電。

圖2 輸入端局部原理圖

壓敏電阻RV 具有嵌位、吸收交流入口電壓的作用，當(dāng)輸入瞬態(tài)過(guò)壓（浪涌性質(zhì)）及常態(tài)過(guò)壓（交流電壓過(guò)高）均可能造成壓敏電阻RV 動(dòng)作（短路）以保護(hù)后級(jí)電路的安全。RV為突波吸收器，當(dāng)入口差模干擾電壓（浪涌或雷擊等）及電流較高時(shí)，RV吸收高于其嵌位電壓的浪涌能量，其通過(guò)電流約50A，當(dāng)浪涌電流超過(guò)50A 時(shí)RV 動(dòng)作（短路），壓敏電阻RV燒壞。RV 短路，則輸入閉合回路的阻抗極小，相當(dāng)于輸入短路，電源無(wú)輸出。

4 現(xiàn)場(chǎng)電源質(zhì)量測(cè)試

檢查接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源接取位置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電源質(zhì)量測(cè)試。黎湛電氣化鐵路大部分接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)測(cè)控終端的電源是從10kV 架空貫通或自閉線上的單桿變壓器配電箱接取，經(jīng)檢查單桿變壓器配電箱內(nèi)設(shè)計(jì)未加裝防雷及穩(wěn)壓裝置。經(jīng)在黎湛線米場(chǎng)站測(cè)控終端處進(jìn)行電源質(zhì)量測(cè)試4 個(gè)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸入電源電壓波動(dòng)較大。

5 比對(duì)試驗(yàn)

選擇電源接取在同一供電臂范圍內(nèi)接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)分析。電源接取在同一供電臂范圍內(nèi)橋圩網(wǎng)開(kāi)關(guān)站、大興分區(qū)所等共計(jì)16臺(tái)接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端，其中8臺(tái)加裝電源濾波模塊，以穩(wěn)定接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端輸入電壓。原理如圖3所示。

圖3 增加電源濾波穩(wěn)壓模塊原理圖

經(jīng)一個(gè)月的觀察，加裝電源濾波模塊的處所未出現(xiàn)多次失電故障告警、通信異常現(xiàn)象，經(jīng)對(duì)測(cè)控終端電源模塊進(jìn)行檢查，其狀態(tài)良好。未加裝電源濾波模塊的處所，2 處出現(xiàn)多次失電故障告警、通信異常現(xiàn)象，經(jīng)檢查該兩處電源模塊壓敏電阻均燒損。

6 原因分析

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端上傳調(diào)度主站遙信是以雙點(diǎn)的形式上傳（即01 分位、10 合位、00 中間態(tài)、11 故障態(tài)），即隔離開(kāi)關(guān)分位一個(gè)信號(hào)、合位一個(gè)信號(hào)，當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)從合位至分位或分位至合位移動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)中間態(tài)信息，即分、合兩個(gè)位置狀態(tài)都沒(méi)有信號(hào)時(shí)則上傳一個(gè)網(wǎng)開(kāi)關(guān)不定態(tài)信號(hào)，此信號(hào)若產(chǎn)生后馬上恢復(fù)，說(shuō)明是合位或分位位置信號(hào)抖動(dòng)產(chǎn)生既不在合位又不在分位的現(xiàn)象，震動(dòng)消失后隔開(kāi)位置遙信又恢復(fù)正常。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障處理情況，產(chǎn)生不定態(tài)后自動(dòng)恢復(fù)現(xiàn)象問(wèn)題的原因?yàn)榻佑|網(wǎng)測(cè)控終端內(nèi)遙信接線松動(dòng)或者隔離開(kāi)關(guān)內(nèi)部分合位置信號(hào)觸點(diǎn)受到震動(dòng)時(shí)接觸不良造成的。

根據(jù)機(jī)理分析、電源質(zhì)量測(cè)試結(jié)果和比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源模塊輸入交流電壓波動(dòng)較大造成電源模塊中壓敏電阻RV 短路動(dòng)作，無(wú)法輸出電源給測(cè)控終端內(nèi)其它部件，導(dǎo)致其它部件無(wú)法正常工作，致使通信異常故障問(wèn)題出現(xiàn)。而測(cè)控終端失電故障告警信號(hào)是從電源管理模塊上取一個(gè)常閉點(diǎn)，此常閉點(diǎn)是取電源模塊輸入端電壓經(jīng)一個(gè)內(nèi)部光耦轉(zhuǎn)換的，此光耦的正常有效工作電壓是AC 165V～AC 264V，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)多次失電告警后自動(dòng)復(fù)歸，以及電源模塊燒壞的情況，此問(wèn)題排除接線松動(dòng)的問(wèn)題，導(dǎo)致該問(wèn)題出現(xiàn)也是電源電壓波動(dòng)造成。

7 解決對(duì)策

7.1 加裝電源濾波穩(wěn)壓模塊

在接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端箱或者單桿變臺(tái)電源配電箱內(nèi)加裝一個(gè)電源濾波穩(wěn)壓模塊以提高輸入到電源模塊的電源質(zhì)量，該改造方案已經(jīng)過(guò)試驗(yàn)實(shí)踐證明取得良好的效果。

7.2 增設(shè)隔離變壓器

在接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端內(nèi)的電源進(jìn)線處增設(shè)一臺(tái)隔離變壓器，用于保護(hù)測(cè)控終端內(nèi)電氣設(shè)備，防止電源電壓波動(dòng)燒毀電氣設(shè)備，特別是電源管理模塊。原理如圖4所示。

圖4 增加隔離變壓器的原理圖

7.3 采用電纜直接控制

根據(jù)《接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)及控制裝置暫行技術(shù)條件》（TJ/GD023-2018）要求，將既有接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)光纖控制方式逐步更換為電纜直接控制方式如圖5所示。線路上不在設(shè)置接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端，將接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)控制回路集成在室內(nèi)集中監(jiān)控屏內(nèi)，優(yōu)化隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱電氣結(jié)構(gòu)，采用控制電纜遙控、遙信復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)直接輸出帶時(shí)限的動(dòng)力電源進(jìn)行分合閘，無(wú)操作時(shí)進(jìn)行遙信監(jiān)測(cè)，提高接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，減少光纖控制方式受外界因素影響較大的問(wèn)題。

圖5 直控方式控制原理圖

7.4 檢查防雷接地措施

檢查接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端箱防雷接地措施，確認(rèn)接地電阻滿足接觸網(wǎng)設(shè)備類接地電阻不大于10Ω要求。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)黎湛電氣化鐵路接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源模塊故障原因查找及分析。發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端電源模塊故障原因?yàn)樵O(shè)計(jì)未考慮防止電壓波動(dòng)措施，加裝電源濾波穩(wěn)壓模塊等措施后，黎湛鐵路接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)測(cè)控終端至今未發(fā)生電源模塊故障。因此，在今后施工圖審核過(guò)程中需加強(qiáng)細(xì)節(jié)審核，將缺陷銷號(hào)在設(shè)計(jì)階段，在后期運(yùn)營(yíng)階段可以避免許多不必要的故障發(fā)生，減少了維護(hù)成本，提高牽引供電運(yùn)行的可靠性和安全性。