鐵路10kv電力系統(tǒng)故障與防范分析對(duì)策

李久來(lái)

摘要：10kv配電線路被廣泛應(yīng)用在鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行中，在鐵路行車(chē)信號(hào)系統(tǒng)、紅外線探測(cè)系統(tǒng)、車(chē)號(hào)識(shí)別系統(tǒng)以及隧道照明、通信設(shè)備、調(diào)度管理等系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。但是在鐵路電力系統(tǒng)中存在大量變壓器，當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障后會(huì)引起跳閘停電，嚴(yán)重影響鐵路正常運(yùn)行。所以有必要對(duì)鐵路電力系統(tǒng)的故障問(wèn)題及其原因進(jìn)行探究，并提出相應(yīng)的防范措施。鑒于此，本文將在闡述相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前鐵路10kv電力系統(tǒng)故障及其原因進(jìn)行分析，然后就如何防范電力系統(tǒng)故障提出幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞：鐵路;10kv電力系統(tǒng);配電線路;故障;原因和防范

1 電力系統(tǒng)和10kv自閉貫通電網(wǎng)概述

1.1 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中包含大量的電力設(shè)備、繼電保護(hù)裝置和計(jì)量測(cè)量?jī)x器以及各種信號(hào)通訊設(shè)備和控制設(shè)備，其中10kv電力系統(tǒng)為電壓等級(jí)較低的電力系統(tǒng)，也是應(yīng)用最為廣泛的電力系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，因而10kv電力系統(tǒng)的建設(shè)也在全國(guó)范圍延伸，該線路建設(shè)面積大、線路長(zhǎng)，長(zhǎng)期處于戶外條件下，很容易出現(xiàn)故障問(wèn)題。一旦出現(xiàn)故障便會(huì)影響鐵路線路的正常運(yùn)行，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)：θ藗兊纳?cái)產(chǎn)安全。在對(duì)供電質(zhì)量和可靠性要求越來(lái)越高的情況下，鐵路電力網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于鐵路電力線路的控制需要依靠自動(dòng)化的手段，通過(guò)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控及時(shí)反饋異常情況，及時(shí)定位故障位置并采取臨時(shí)措施來(lái)縮短停電時(shí)間和停電范圍，這樣才能提高供電的可靠性和供電質(zhì)量。

1.2 10kv自閉貫通電網(wǎng)

自閉貫通電網(wǎng)是一種專門(mén)為鐵路自動(dòng)閉塞信號(hào)裝置提供電源的網(wǎng)絡(luò)，鐵路系統(tǒng)專門(mén)使用的10kv自閉貫通電網(wǎng)供電距離在40-60千米，當(dāng)該線路上的配電所發(fā)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(duì)于電力系統(tǒng)的故障定位和排查還缺乏有效措施，尤其在準(zhǔn)確定位上還存在不少困難。

鐵路10kv自閉貫通電網(wǎng)和平常生活所用的電力系統(tǒng)配電線路還有所不同，該電網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：首先供電線路更長(zhǎng)，所以面臨的自然環(huán)境也更加復(fù)雜，大多鋪設(shè)在崎嶇山區(qū)的線路其更容易出現(xiàn)故障，且難以快速準(zhǔn)確地定位故障位置。其次，供電點(diǎn)少且供電負(fù)荷較小，因?yàn)橹挥需F路?？空军c(diǎn)才有接入點(diǎn)，電網(wǎng)所接入的用戶少。再次，電壓等級(jí)較低，配電所的結(jié)構(gòu)十分單一。自閉貫通電網(wǎng)使用的供電設(shè)備少，需要輸電設(shè)備多，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以供電可靠性更好。最后，該電網(wǎng)為單獨(dú)為鐵路服務(wù)的內(nèi)部電網(wǎng)，所以電力系統(tǒng)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(duì)簡(jiǎn)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(lèi)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(fā)生頻率最高的，當(dāng)配電線路斷線落在地上或者搭接在塔架上便會(huì)引起單相接地故障。在大風(fēng)或者振動(dòng)作用下、在導(dǎo)線沒(méi)有連接牢固，或者受樹(shù)木建筑物的影響也會(huì)引起單相接地故障。相間短路故障也就是線路過(guò)流跳閘問(wèn)題，是影響10kv配電線路最大的故障，而且在發(fā)生故障時(shí)很難快速找到準(zhǔn)確的故障點(diǎn)，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(fā)生時(shí)，電壓降低，故障相可監(jiān)測(cè)到短路電流，但整個(gè)系統(tǒng)無(wú)零序電流和零序電壓。靠近故障電源側(cè)的區(qū)域能監(jiān)測(cè)到短路電流，遠(yuǎn)離電源側(cè)的區(qū)域則監(jiān)測(cè)不到短路電流。兩相接地故障區(qū)靠近電源側(cè)線路都能監(jiān)測(cè)到相同短路電流，而遠(yuǎn)離電源側(cè)的線路沒(méi)有短路電流，整個(gè)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(zhì)以及絕緣套管閃絡(luò)或爆炸等也是引起鐵路線路故障的常見(jiàn)問(wèn)題。

2.2 10kv自閉貫通線路故障發(fā)生的原因分析

2.2.1 自然因素

從過(guò)去發(fā)生的線路故障問(wèn)題來(lái)看，在雷雨等不利氣候條件下更容易出現(xiàn)線路故障。這是因?yàn)樵谶@些不利天氣狀況下，電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)設(shè)備更容易被破壞，比如遭到雷電損壞而引起停電問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)誘發(fā)火災(zāi)事故。雷電是引起跳閘的重要因素，在發(fā)生后就會(huì)引起設(shè)備絕緣性能下降、損壞等問(wèn)題，進(jìn)而引起安全事故。除了雷電外，在大風(fēng)、雨雪天氣也會(huì)損壞電力設(shè)備，比如風(fēng)力太大便會(huì)使各個(gè)設(shè)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(shè)備遭受到的壓力變大而使部分結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而破壞線路的運(yùn)行，影響供電系統(tǒng)正常供電。在下雨天氣，絕緣部分也會(huì)受到雨水影響而出現(xiàn)短路。尤其在雷雨頻發(fā)季節(jié)，如果不做好對(duì)10kv配電線路的檢修保護(hù)，類(lèi)似故障會(huì)頻發(fā)發(fā)生，一旦線路被破壞以后就會(huì)給社會(huì)生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害。

2.2.2 人為因素

人為因素引起的線路故障問(wèn)題可以分成三類(lèi)：第一類(lèi)是因?yàn)殡娏ζ髽I(yè)內(nèi)部管理人員專業(yè)能力不夠高，企業(yè)自身的安全意識(shí)不夠，所以缺乏對(duì)這些技術(shù)人員的培訓(xùn)管理，使得管理技術(shù)人員沒(méi)有真正意識(shí)到自身工作的重要意義，在檢修維護(hù)中出現(xiàn)態(tài)度不端正、沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范操作等行為，造成檢修質(zhì)量不高，設(shè)備存在的安全隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和根除，給設(shè)備安全運(yùn)行埋下隱患。第二類(lèi)是在配電線路設(shè)計(jì)和施工中，存在設(shè)計(jì)方案不合理、施工中各單位和各部門(mén)配合不理想等問(wèn)題，加上受到施工技術(shù)、施工人員和施工材料質(zhì)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(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行整治，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)備問(wèn)題。此外和電力用戶的安全意識(shí)有關(guān)，人們?nèi)狈Π踩庾R(shí)和法制意識(shí)，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?chē)?，在線路四周隨意放鞭炮等，這樣自然會(huì)引起線路故障和安全事故。

2.2.3 管理因素

在對(duì)10kv電力系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)管理上，一方面不少業(yè)務(wù)人員的技術(shù)水平還不夠，對(duì)于運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，所以在日常檢修維護(hù)中可能不能很好地把握檢修的重點(diǎn)和主要換IE，這樣就不能及時(shí)找出線路主要故障和安全隱患。另一方面因?yàn)樵谶\(yùn)行中國(guó)配電線路自身可能存在高壓引線、線夾等連接不牢的問(wèn)題，加上容易受到外界因素的影響，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，就可能會(huì)引起燒毀燒斷線路的問(wèn)題而引起安全故障。

2.2.4 線路自身因素

鐵路建設(shè)工程發(fā)展快速，鐵路用電線路卻變得越來(lái)越復(fù)雜，數(shù)量規(guī)模提升的同時(shí)種類(lèi)也變得多種多樣。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)中，一方面可能在設(shè)計(jì)初始就存在設(shè)計(jì)漏洞而沒(méi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改正，這樣就會(huì)影響后期的建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行，帶來(lái)的后果是不可估量的。另一方面在施工中，如果沒(méi)有采用合理的施工方案，或者所使用的設(shè)備、材料和技術(shù)不合理不理想，就會(huì)影響安裝施工的質(zhì)量，對(duì)于線路的管理和修復(fù)不夠重視就會(huì)出現(xiàn)線路不穩(wěn)現(xiàn)象，還會(huì)加大線路損耗量，引起電能的浪費(fèi)。此外，在運(yùn)行維護(hù)中，當(dāng)線路絕緣層老化后，如果沒(méi)有及時(shí)維修更換就可能會(huì)引發(fā)跳閘問(wèn)題。在線路及其設(shè)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(wèn)題。配電變壓器發(fā)生故障主要是日常保養(yǎng)不到位和長(zhǎng)期大負(fù)荷運(yùn)行造成內(nèi)部絕緣性能下降而引發(fā)線圈匝間短路等。絕緣子絕緣性下降的主要原因是超期運(yùn)行、遭雷擊、臟污等，進(jìn)而引發(fā)安全事故。此外，避雷器質(zhì)量或安裝不合理，高壓熔絲熔斷、支柱上各種開(kāi)關(guān)質(zhì)量不滿足要求或設(shè)備運(yùn)行過(guò)長(zhǎng)而沒(méi)有進(jìn)行檢修、更換，則可能會(huì)引發(fā)線路停電故障。

3 鐵路電力系統(tǒng)線路故障預(yù)防措施

3.1 防范自然災(zāi)害的措施

鐵路10kv配電線路較長(zhǎng)，且大部分鋪設(shè)在條件復(fù)雜地區(qū)，布設(shè)起來(lái)難度較大，加上這些地區(qū)自然氣候環(huán)境惡劣，所以運(yùn)行維護(hù)的難度也很大。當(dāng)線路出現(xiàn)故障后就會(huì)出現(xiàn)停電，不僅會(huì)影響鐵路正常運(yùn)行，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。從故障原因分析中可以發(fā)現(xiàn)，自然災(zāi)害是引起線路故障的主要因素，應(yīng)對(duì)一般自然災(zāi)害時(shí)可以通過(guò)裝設(shè)避雷裝置的方式來(lái)降低雷電給配電線路造成的損害。在自然災(zāi)害頻發(fā)季節(jié)，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況增加避雷裝置，加大對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的維修管理。為避免受當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)天氣和雨雪天氣的影響，在安裝鋪設(shè)配電線路時(shí)就應(yīng)該選擇性能優(yōu)良，尤其是承載能力較大的電線，抵抗大風(fēng)荷載力和雨雪壓力的影響。在日常檢修維護(hù)工作中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)老化或出現(xiàn)破損的電線，并及時(shí)更換以免引起漏電事故。此外，由于樹(shù)木和建筑物等也會(huì)影響配電線路的正常運(yùn)行，所以要及時(shí)和相關(guān)部門(mén)溝通聯(lián)系，協(xié)調(diào)綠化工程和建筑工程與配電線路工程之間的關(guān)系。

3.2 針對(duì)人為因素的預(yù)防措施

針對(duì)人為因素引起的線路故障問(wèn)題，在設(shè)計(jì)配電線路時(shí)就要考慮將其設(shè)置在人為活動(dòng)較少的地方，在安裝以后應(yīng)在附近設(shè)置警示牌或防護(hù)欄，這樣可以給過(guò)往的行人、車(chē)輛等以警示。此外還應(yīng)該加大安全知識(shí)的宣傳力度，使廣大人民群眾可以認(rèn)識(shí)到安全用電、維護(hù)電力系統(tǒng)安全的重要意義。最后，鐵路供電部門(mén)應(yīng)加大對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)，提高他們檢修維護(hù)的專業(yè)水平，同時(shí)培養(yǎng)責(zé)任心和安全意識(shí)，在配電線路維修管理中能?chē)?yán)格按照規(guī)范要求開(kāi)展操作。

3.3 加大對(duì)10kv配電線路的日常檢查和管理

10kv配電線路故障問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，但如果能加大日常維修管理，便能大大降低故障問(wèn)題發(fā)生的概率。比如可以成立專業(yè)的配電線路維修管理小組，在完善各項(xiàng)機(jī)制措施的基礎(chǔ)上將具體任務(wù)分配給具體部門(mén)和人員，并通過(guò)責(zé)任機(jī)制和獎(jiǎng)懲機(jī)制來(lái)充分調(diào)動(dòng)工作人員的積極性，提高他們的安全意識(shí)和技術(shù)水平，使各項(xiàng)工作可以落實(shí)到位。在針對(duì)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(yù)案，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)可以及時(shí)采取針對(duì)性的措施加以解決，避免故障大面積擴(kuò)散而加大經(jīng)濟(jì)損失。

3.4 對(duì)變壓器的維護(hù)保養(yǎng)

變壓器在安裝時(shí)應(yīng)合理選擇安裝環(huán)境，保證其在良好環(huán)境下工作。為避免雷電引起的設(shè)施故障和人為偷竊現(xiàn)象，需設(shè)置合理的配套防雷設(shè)施和防盜設(shè)施。其次，在變壓器運(yùn)行中要保證其承載的負(fù)荷在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。此外，為保證變壓器正常運(yùn)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(wěn)固，定期對(duì)變壓器的避雷設(shè)施、導(dǎo)電電阻等進(jìn)行檢查。在油冷卻系統(tǒng)中注意檢查散熱器有無(wú)出現(xiàn)滲漏、生銹等問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

作為鐵路主要輸配電線路，10kv電力系統(tǒng)線路一旦出現(xiàn)問(wèn)題將造成鐵路各系統(tǒng)障礙，導(dǎo)致整個(gè)鐵路系統(tǒng)線路癱瘓而影響鐵路的正常運(yùn)行。本文作者認(rèn)為檢查維護(hù)人員首先要做好對(duì)變壓器的安裝和運(yùn)行管理，其次應(yīng)該合理應(yīng)用各種新技術(shù)和新設(shè)備，準(zhǔn)確定位故障位置并采取合理的措施加以排除。

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