單線區(qū)段供電電源結(jié)合部問題的分析及改進(jìn)措施

丁慶懷 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥電務(wù)段

2019年2月10日瓜形站22:50:58、22:50:59兩路電先后斷電，2月11日1：20左右，供電部門應(yīng)急人員將I路電源斷路器推上、II路電源斷路器重新拉合后，1:23兩路電源同時(shí)恢復(fù)供電。

從微機(jī)監(jiān)測(cè)調(diào)閱分析，瓜形站外電網(wǎng)I路電源電壓最低下降到112 V。由于外電網(wǎng)電壓下降嚴(yán)重，電源屏穩(wěn)壓模塊處于極端穩(wěn)壓狀態(tài)，需要吸收大的電流來獲取穩(wěn)定的輸出，在電壓突變的過程中產(chǎn)生電流的突變，這是正常的穩(wěn)壓過程，從下圖的電流明顯滯后電壓可以看出來因果關(guān)系，此時(shí)I路瞬態(tài)電流為79 A，持續(xù)時(shí)間 80 ms（見圖 1）。

圖1 微機(jī)監(jiān)測(cè)顯示情況

此類電源故障在我段管內(nèi)發(fā)生較多次，給正常的安全生產(chǎn)帶來了諸多影響。因此結(jié)合此次故障，我對(duì)管內(nèi)阜六線、廬銅線、合九線三條類似供電方式的單線區(qū)段進(jìn)行深入調(diào)查，具體分析結(jié)果如下。

1 電源布局、供電方式、三相負(fù)載分配情況

1.1 阜六線

阜六線10站電源為三相電四線制供電模式，一路貫通電源，二路為地方電源。電源屏三相負(fù)載均實(shí)現(xiàn)分相懸掛，負(fù)載主要使用A相，其次是B相和C相，具體見表1所示。

表1 阜六線各站負(fù)載電流情況

1.2 廬銅線

六個(gè)站全部使用三項(xiàng)四線制供電模式。經(jīng)對(duì)2019年1至3月份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，通過對(duì)電流分析，單相電中，A、B項(xiàng)基本平衡，最大在10 A左右、最小在9.3 A、平均為9.7 A，C項(xiàng)電流偏大，最大達(dá)到14 A左右、最小在9.8 A、平均為10 A，三相電流基本平衡。

1.3 合九線

合九線共7站為三相四線制供電，一路貫通電源，二路為地方電源，三相負(fù)載電流基本平衡。12站為單相供電，信號(hào)電源屏內(nèi)部均采用單相工作，負(fù)載電流情況如表2所示。

表2 合九線12個(gè)站各項(xiàng)負(fù)載電流情況

2 供電電源波動(dòng)及停電統(tǒng)計(jì)

2.1 供電電源波動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)

（1）阜六線。單項(xiàng)電壓波動(dòng)最大245 V、最小201 V、平均228 V，普遍略高于標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）廬銅線。單項(xiàng)電壓波動(dòng)最大243 V、最小234 V、平均238 V，線間電壓波動(dòng)最大429 V、最小417 V、平均423 V。

（3）合九線。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)無論是單相供電還是三相供電，該線電壓波動(dòng)頻繁，范圍較大，各站相位差調(diào)整不一，部分站場(chǎng)不符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 供電電源停電轉(zhuǎn)換情況統(tǒng)計(jì)

（1）阜六線。2019年1至3月份阜六線10站發(fā)生外電網(wǎng)輸入斷電斷相次數(shù)23次，2018年全年共發(fā)生69次，主要表現(xiàn)在南照、臨水鎮(zhèn)和馮井站。

（2）廬銅線。該線2018年11月份開通，僅統(tǒng)計(jì)2019年1至3月份，該線停電次數(shù)相對(duì)頻繁，其中龍橋站、洪巷最為突出，襄安和無為南站存在II路瞬間停電的情況。

（3）合九線。合九線停電次數(shù)很頻繁，特別是I路電源，其中范崗和楊樹店表現(xiàn)最為突出，具體情況如表3所示。

表3 合九線停電情況統(tǒng)計(jì)

3 斷路器類型及容量配置情況

（1）阜六線。電務(wù)電源引入防雷箱采用南非液壓型帶延時(shí)功能的斷路器，容量主要是100 A和80 A。阜六線信號(hào)防雷箱斷路器容量均大于電力斷路器容量，電力與信號(hào)斷路器容量是不匹配的，基本情況如表4所示。

表4 阜六線斷路器開關(guān)容量情況

表5 合九線斷路器開關(guān)容量情況

（2）廬銅線。電源引入防雷箱采用西門子的3VT型斷路器，各站空開容量是80 A，電力空開除龍橋和無為南使用的是125 A，其余四個(gè)站為80 A。廬銅線線信號(hào)防雷箱斷路器容量與電力斷路器容量基本匹配。

（3）合九線。合九線電務(wù)電源引入防雷箱早期站場(chǎng)主要采用南非液壓帶延時(shí)功能的斷路器，容量主要有80 A、60 A、50 A等，后期改造主要采用西門子3VT型斷路器。

從統(tǒng)計(jì)情況來看，合九線有四站存在電力斷路器小于電源防雷箱斷路器，具體情況如表5所示。

4 外電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)信號(hào)設(shè)備的影響

（1）外電網(wǎng)變化對(duì)信號(hào)設(shè)備能夠造成影響的主要有：外電壓波動(dòng)，相序相位變化，三相電源缺相或欠壓、過壓及電務(wù)共用中性線。這些問題均有可能產(chǎn)生異常的電壓波動(dòng)超過電源屏切換范圍，導(dǎo)致電源切換；且當(dāng)電源存在相位差時(shí)，在轉(zhuǎn)換瞬間會(huì)對(duì)電源屏造成較大沖擊。

（2）當(dāng)外電網(wǎng)兩路電相位差較大時(shí)會(huì)造成兩路電兩相之間的壓差變大，即兩路電之間的相位差在00～1800之間，相位差越小，壓差越小，相位差越大，壓差越大，當(dāng)兩路電之間的壓差在1800時(shí)，兩路電之間的電壓會(huì)達(dá)到440 V，在電源屏轉(zhuǎn)換時(shí)因電壓的變化范圍很大，造成的沖擊也就很大，也主要表現(xiàn)在無觸點(diǎn)穩(wěn)壓原理的電源屏。現(xiàn)在供電部門采用多路高壓協(xié)調(diào)供電，故高壓存在不確定性，造成供電的低壓端也存在不確定性，電源屏輸入兩路電之間的電壓差也就無法有效進(jìn)行調(diào)整。

（3）電力高壓相位差不能同步問題較難解決，這是我們國(guó)家電網(wǎng)目前未能做到的。目前需要電力將高壓的相位差盡量調(diào)整到最小，使得終端信號(hào)電源的相位差能夠有效的調(diào)整至最小，若終端相位差調(diào)整到位后，若多路高壓有較大偏差，信號(hào)終端處無法進(jìn)行有效調(diào)整。

（4）當(dāng)發(fā)生大電流沖擊時(shí)，信號(hào)斷路器容量大于電力斷路器容量時(shí)會(huì)造成電力斷路器率先跳閘，從而導(dǎo)致兩路電源全部停止供電的情況，影響全站信號(hào)設(shè)備使用。

當(dāng)信號(hào)斷路器、電力斷路器容量一樣大時(shí)，由于電力斷路器部分未采用帶延時(shí)功能的斷路器，外電網(wǎng)電壓波動(dòng)或瞬間大電流沖擊同樣也會(huì)造成著電力斷路器先斷開。

5 電源供電結(jié)合部問題解決措施及建議

（1）供電和信號(hào)部門組織一次全面的排查，將相位差較大的車站，要求供電部門將電力高壓接入施工時(shí)把每相間的相位差調(diào)制最小，減小對(duì)電源轉(zhuǎn)換造成的沖擊。

（2）信號(hào)電源在招標(biāo)時(shí)盡量避免使用無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，對(duì)既有的線無觸點(diǎn)穩(wěn)壓方式應(yīng)盡量安排大修改造。

（3）按鐵總工電[2018]220號(hào)《鐵路信號(hào)電源系統(tǒng)設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)新建站場(chǎng)均采用集中式UPS進(jìn)行供電。

（4）協(xié)同電源屏廠家及設(shè)計(jì)單位，改進(jìn)信號(hào)電源屏，將零線納入到切換電路當(dāng)中，使得外電網(wǎng)零線不良能夠有效被監(jiān)測(cè)。

（5）協(xié)調(diào)供電設(shè)計(jì)和信號(hào)設(shè)計(jì)，合理冗余，科學(xué)對(duì)接，避免出現(xiàn)電力斷路器容量小于信號(hào)斷路器容量。

6 結(jié)束語

解決電源結(jié)合部問題必須從源頭卡控，從工程設(shè)計(jì)開始就要對(duì)外部環(huán)境、設(shè)備性能、冗余容錯(cuò)等各方面進(jìn)行調(diào)查研究。對(duì)于已經(jīng)營(yíng)運(yùn)的供電、信號(hào)電源設(shè)備，需要維護(hù)人員熟練掌握其技術(shù)參數(shù)及運(yùn)作原理，以便保證電源設(shè)備穩(wěn)定，減少故障發(fā)生。