铁路10kv电力系统故障与防范分析对策

张向群

(大秦铁路股份有限公司太原供电段,山西太原 030013)

铁路10kv电力系统故障与防范分析对策

张向群

(大秦铁路股份有限公司太原供电段,山西太原 030013)

我国的铁路系统运行中1Okv电力系统起着重要作用,1Okv电力系统被广泛使用于铁路行车信号、客货票系统、红外线探测、车号识别系统、无线列调、车站站场及隧道照明、机车车辆运用检修、通信设备、调度管理系统等多种用途,而不同大小和类型的变压器在铁路供电系统中使用数量较多,一旦变压器发生故障。不仅停电影响范围大、时间长、而且会严重干扰铁路运输的正常秩序。准确分析电力系统的故障区域,及时解决问题是保证1Okv电力系统正常运行的重要手段。如何去对铁路自闭贯通线路进行快速的故障判断,是当前我们面临的问题,本文将简述铁路自闭贯通线路的特点,对于铁路自闭贯通线路的常见故障以及故障原因进行分析,提出相应的防范措施,希望对我国电气化铁路建设有所裨益。

电力系统 铁路线路 常见故障 原因分析

经济的发展让我国的铁路线路向着全国延伸，而铁路的延伸也意味着10KV电力系统的建设。由于其特殊的功能，10kv电力线路可以说遍布全国，线路极长，再者我国大多数的10kv的铁路电力线路都处在户外的条件下，受外部条件的影响，铁路电力线路容易出现故障，而铁路电力系统线路一旦出现故障，会影响旅客的出行，造成巨大的经济损失。因此针对不同的铁路输电线路的故障快速判断故障发生的原因和地点就成为了现在要解决的当务之急。

1　电力系统网络概述

电力系统系统主要包括电力设备、继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通讯和控制设备组成。在我国因电压的不同而将电力系统网分为不同的种类，110kv和35kv的称为为高压电力系统网，10kv的则为中压电力系统网，0.4kv为低压电力系统网。所谓的电力系统网络的主要功能是把发电厂发出的电经过降压之后运输给用户使用。

而随着我国铁路网络的不断扩展，铁路配套的网络也越来越复杂，用户对于供电质量和供电可靠性的要求越来越高，仅仅凭借人力来监控整个铁路线路的运行已经变得不再现实，电力系统自动化的概念应运而生。严格说来，现在所使用的计费自动化以及通断电的管理均属于电力系统自动化的范畴，电力系统自动化还包括对电力系统网的数据采集和监控，能够随时监控整个系统的运行情况，对于异常情况可以及时进行反馈。铁路系统涉及的范围极大，一旦发生供电故障，势必影响大量旅客的出行，采用电力系统自动化系统，能够及时对故障进行定位，甚至能够及时的故障进行自我修复，显著提高铁路线路的供电质量和供电可靠性。

2　10kv自闭贯通电网的现状及特点

2.11Okv自闭贯通电网概述

自闭贯通电网就是专门为铁路自动闭塞信号装置、驼峰信号等I级负荷提供电源。10kV自闭贯通线路是指对自动闭塞区段信号设备供电的专用电力线路。铁路系统所使用的10kv自闭贯通电网的供电距离一般条件下为四十至六十千米，因此，当10kV自闭贯通线路或向该线路供电的配电所一旦发生故障时，影响的范围将会非常的巨大，而且故障也难以排查，因而肯定会严重影响铁路系统的正常运输计划，造成难以估计的巨大经济损失。我国目前也无法对电力系统线路的故障进行及时的定位，对于铁路电力系统线路故障检测缺乏有效的方法，目前采用最多的方式是监测10kv母线零序电压是否超过了整定值，以此来判断整个线路中是否出现了故障，但是对于故障发生的具体地点则难以监测，只能够提醒相关工作人员出现了障碍。

2.2铁路1Okv自闭贯通电网的特点

铁路10kv自闭贯通电网与日常所用的生活电力系统线路有所不同，为了保证铁路系统的安全运输，铁路10kv自闭贯通电网更加可靠，经济上也更加合理，相较于日常生活用电的电力系统线路，铁路10kv自闭贯通电网具有以下特点:(1)供电线路较长。铁路线路遍布全国，而很多铁路输电线路都存在于崇山峻岭之中，日常生活用电的电力系统线路供电臂一般是四十到六十千米，但是很多铁路输电线路的供电臂已经长达七十至八十千米，这就无形之中为故障的定位增加了困难。(2)供电点少，供电负荷小。铁路10kv自闭贯通电网仅供铁路使用，也就是只有停靠的站点才有接入点，因而电网的相较于生活用电的电力系统线路，铁路10kv自闭贯通电网接入的用户较少，供电线路的负荷很小。(3)运行环境较为复杂，维护上有难度。无论是地上输电线路和地下输电线路，多线路都是存在于荒郊野外，不仅对相关工作人员的日常维护造成的困难，其本身也容易受到复杂自然环境的损坏，受到气候、地质的影响较大。(4)电压等级低，配电所结构单一。由于铁路线路属于唯一的用电终端，因而铁路10kv自闭贯通电网不需要进行二次变电即可直接使用。由于铁路对于功能的要求和应用范围基本一致，因而铁路电力系统线路的电力系统所硬件配置上基本相同，功能也相似。(5)具有高度的可靠性。由于铁路自闭贯通电网中使用的供电设备较少，更多的是输电设备，其组成结构简单，因而具有更高的可靠性。(6)接线形式简单。铁路10kv自闭贯通电网是一个单独为铁路服务的内部电网，各电力系统所沿线基本均匀分布且互相连接，构成手拉手供电方式。连接线有两种:一是自闭线，为主运行方式;二是贯通线，为备用方式。

3　10kv自闭贯通线路的线路故障分析

3.1自闭贯通电网相间短路故障分析

由相间短路而引起的自闭贯通电网的故障类型主要有三种:三相接地短路、三相相间短路、两相接地短路、两相相间短路。

两相相间短路时电路主要呈现以下特点:(1)故障相间电压降低，故障相有短路电流，整个系统无零序电流和零序电压。(2)故障区靠近电源测各分段都能够监测到短路电流，二，远离电源侧则无法检测到电流。

两相接地时，无论故障出现在相同区间还是不同区间，电路均呈现以下特点:(1)故障区段靠近电源侧的线路都能够监测到相同的短路电流，故障区远离电源侧的线路无短路电流(2)整个输电线路中有零序电压和零序电流。

三相短路时电路呈现以下特点:(1)故障相电压降低，且可以监测到短路电流，整个系统中无零序电流和零序电压。(2)故障区靠近电源侧的线路能够检测到相同的短路电流，远离电源侧的线路则检测不到短路电流。

三相接地时电路呈现以下特点:(1)故障相电压降低，故障相可以监测到短路电流，但是整个系统中无零序电流和零序电压(2)故障区靠近电源侧的区域能够监测到短路电流，远离电源侧的区域则监测不到短路电流。

3.2自闭贯通线路单相接地故障分析

金属性接地时整个线路呈现以下的特点:(1)非故障线路零序电流的大小等于本线路的接地电容电流;故障线路零序电流的大小等于所有非故障线路的零序电流之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和。(2)非故障线路的零序电流超前零序电压90°;故障线路的零序电流滞后零序电压90°;故障线路的零序电流与非故障的零序电流相位差为180°。(3)接地故障处的电流大小等于所有线路(包括故障线路和非故障线路)的接地电容电流的总和，并且超前零序电压90°。

非金属性接地时整个电路呈现以下特点:(1)当10KV自闭贯通线路发生单相接地时，非故障相始端的零序电流超前零序电压90°;故障相始端的零序电流滞后零序电压90°;而接地电阻不影响零序电流与零序电压之间的相位差，只影响幅值与初相角。(2)10KV自闭贯通线路发生单相单点接地时，故障区段前端的各分段处零序电流滞后零序电压90°;故障区段后端的零序电流超前零序电压90°。

4　10kv自闭贯通线路的硬件故障分析

变压器是10kv自闭贯通线路常用的硬件设备，而由变压器引起的线路故障也是常见的故障之一。常见变压器故障主要有以下几种:

4.1变压器油温不断升高

一般来说变压器的温度应该维持在稳定值，但是有时候变压器的油温会不断升高，这就说明变压器内部出现了问题。一般来说变压器的油温升高都是由于穿芯螺丝的绝缘被破坏，而铁路供电线路中的电流本来就较大，较大的电流通过穿芯螺丝时，使得螺丝严重发热，影响变压器的正常工作。

4.2变压器绝缘油变质

一般来说变压器的内部与外部隔离，因而变压器内部的绝缘油不会轻易变质，但是各种严峻的气候很可能让变压器绝缘油与空气接触，由于变压器的温度较高，使得绝缘油与空气的反应更加剧烈，生成的各种杂质能够腐蚀变压器内部的金属材料以及绝缘材料，使得大电流经过变压器时变压器的发热现象更加严重，绝缘油与空气的反应也就越快，由此形成了一个恶性循环。

4.3绝缘套磁管闪络或者爆炸

由于密封橡胶圈本身质量的原因，或者是恶劣天气的影响，水分进入变压器内，使得绝缘受潮，引起击穿放电，这样就会导致套管爆炸事故，而套管碎片或者是套管本身存在裂纹都会导致闪络现象。

5　铁路10kv电力系统线路故障原因分析

一般来说铁路10kv电力系统线路出现故障都是由于硬件上的故障引起的，因此这里着重讨论铁路10kv电力系统变压器故障分析。

(1)自然条件是引起电力系统线路故障的重要因素，而雷击又是经常发生的灾害之一，变压器遭受雷击的主要原因如下:变压器配套的避雷装置没有起到作用，可能是避雷装置质量有问题，或者长期没有维护而损坏;接地装置达不到技术要求，接地导线的电阻过大，无法快速将电流传递到地上，有可能是长期的风吹日晒使接地装置锈蚀严重，影响了其导电的性能。(2)绝缘老化。变压器的使用年限过长很可能导致变压器的绝缘老化，而变压器的绝缘老化，会导致各种问题，甚至还会增大雷击的几率。(3)过载。铁路系统的工作量较大，因而铁路10kv电力系统线路的变压器很容易出现过载的现象，频繁的过载导致变压器温度升高，温度的反复变化能够导致绝缘的过早老化，一旦变压器绝缘老化到一定的程度，就可能发生故障。(4)受潮。电气装备最害怕的就是水，一旦变压器进水，有极大可能导致变压器运行的障碍，因此在野外的变压器一定要做好良好的防护措施。(5)蓄意破坏。铁路供电线路有很多故障都是供电设备被人蓄意破坏所导致的，这也与铁路输电线路供电臂过长有关。而施工导致的铁路供电线路受损的情况也时有发生。

6　铁路电力系统线路故障预防措施

6.1变压器的安装以及运行

变压器安装的时候应该对安装的环境进行选择，保持变压器在良好的环境下运行。对于配套的防雷击设施和防盗设施要齐全，避免雷击事故以及人为损坏导致铁路输电线路的故障。再者在变压器运行的时候首先要保证变压器所承载的负荷在变压器设计的允许范围之内，这样才能尽可能延长变压器的使用寿命。

6.2变压器的维护保养

想要保证变压器的正常运行，应该保证瓷套管和绝缘子的完整和清洁，保证各个接头的稳固，定期对变压器的绝缘油、避雷设施、导电电阻进行检查，保证绝缘油的绝缘效果、避雷设施的有效性、接地线的导电性能。在油冷却系统中。检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制变压器油自由流动的机械损伤。

6.3常规线路的监测

铁路10kv电力系统线路虽然拥有众多的保护措施，但是均需要耗费大量的人力物力来维持，铁路越长需要耗费用来管理的人力物力就越多，这是不划算的。而如今电脑技术已经非常发达，利用探头来进行远距离实时监测已经是很容易的事情，因此在输电线路中设置多个探头来检测整个线路的进行也并非是不可能做到的。通过探头进行整个铁路线路的监测，不仅能够提高对于铁路电力系统线路故障发生的效率，节约解决故障的时间，更重要的是能够节约人力和物理，相关工作人员不必翻山越岭去一段段检查输电线路是否存在障碍，保障了相关工作人员的生命安全。当然，利用探头来实现远距离的实时监控，能够帮助管理人员及时了解整个电力系统线路的运行情况，如果有人蓄意破坏铁路电力系统线路，可以迅速进行修复，避免了重大安全事故和经济损失的发生，使得供电线路的稳定性更强，能够更好地为人民服务。

7　结语

10kv电力系统线路是我国铁路的主要输电线路，是构成我国铁路运输网络极为重要的设备，一旦电力系统线路出现问题，铁路行车信号、客货票系统、红外线探测、车号识别系统、无线列调、车站站场及隧道照明、机车车辆运用检修、通信设备、调度管理系统都会出现障碍，甚至整个铁路系统都会出现瘫痪。本文对铁路10kv电力系统线路的线路故障进行了分析，相关工作者可以通过发生不同故障时电路所表现出的特点来确定故障发生的位置。再者针对变压器的故障，可以装变压器的安装、运行以及日常的维护和保养入手，保证变压器运行的环境、运行的状态。相信随着科学技术的发展，各种新的技术将会不断被应用到铁路电力系统线路之中，届时铁路电力系统线路的运行将会更为稳定，为人们提供更大的便利。

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