接触网开关测控终端电源模块故障原因分析

吴挺勇

（中国铁路南宁局集团有限公司 沿海铁路工程建设指挥部，工程师，广西 防城港 538000）

接触网开关测控终端是针对接触网隔离开关进行状态监视、开关控制及故障报警的远动终端单元，用于对电气化铁路站场内或区间的接触网电动隔离开关进行监控，提高牵引供电运行的可靠性和安全性，减轻调度员的负担，提高调度的效率、水平及经济效益等。黎湛电气化铁路接触网开关测控终端采用光纤控制方式，自2016 年电气化开通使用以来陆续发生了27 件故障隐患，其中10 件为电源模块故障，影响接触网隔离开关远程控制的可靠性。因此分析接触网开关测控终端电源模块故障原因，找出解决对策，可有效减少接触网开关测控终端故障隐患，提高牵引供电运行的可靠性和安全性。

1 接触网开关测控终端的构成

接触网开关测控终端的核心是实现测控、通信功能。组成测控终端的硬件结构图如图1所示。

图1 接触网开关测控终端硬件结构框图

接触网开关测控终端采用了模块化和封闭式结构。测控终端设置AC220V/DC24V 电源模块和24V后备电池组，电源模块对电池组进行充电，并具备自身故障报警功能。当测控终端交流电失电时，电池组可对测控终端的电源模块提供电源。电源模块相当于逆变器，将输入AC220V 电源转变为DC24V，为接触网开关测控终端内电子元器件提供工作电源。

2 接触网开关测控终端存在问题

2.1 测控终端问题特征及故障处理情况

接触网开关测控终端故障，主要表现为测控终端出现失电故障告警、通信异常、不定态后自动恢复。故障现象为失电故障告警、通信异常的，测控终端需更换电源模块能恢复正常，故障现象为不定态，反复复归，需对测控终端遥信接线头进行紧固即可恢复正常。

2.2 电源模块拆解检查情况

将出现问题的电源管理模块进行拆解检查，发现电源模块输入端压敏电阻RV 外壳开裂，裂口较长，且有烧焦味。

3 电源模块机理分析

为了分析电源模块发生问题的真正原因，对电源模块进行机理分析。

输入端局部原理如图2 所示。RV 是抗浪涌电压元件，放在入口端用于吸收进入电源模块的浪涌电压以保护后级电路的安全，RV最大允许交流输入电压为300V，转换成直流是425V。输入端抑制单元（C2、C3、LF1等）用来进一步抑制串入交流入口的浪涌电压（共模、差模），经桥式整流、高压滤波电容C6滤波后变成稳定的直流电。

图2 输入端局部原理图

压敏电阻RV 具有嵌位、吸收交流入口电压的作用，当输入瞬态过压（浪涌性质）及常态过压（交流电压过高）均可能造成压敏电阻RV 动作（短路）以保护后级电路的安全。RV为突波吸收器，当入口差模干扰电压（浪涌或雷击等）及电流较高时，RV吸收高于其嵌位电压的浪涌能量，其通过电流约50A，当浪涌电流超过50A 时RV 动作（短路），压敏电阻RV烧坏。RV 短路，则输入闭合回路的阻抗极小，相当于输入短路，电源无输出。

4 现场电源质量测试

检查接触网开关测控终端电源接取位置，进行现场电源质量测试。黎湛电气化铁路大部分接触网隔离开关测控终端的电源是从10kV 架空贯通或自闭线上的单杆变压器配电箱接取，经检查单杆变压器配电箱内设计未加装防雷及稳压装置。经在黎湛线米场站测控终端处进行电源质量测试4 个小时，发现输入电源电压波动较大。

5 比对试验

选择电源接取在同一供电臂范围内接触网开关测控终端进行比对试验分析。电源接取在同一供电臂范围内桥圩网开关站、大兴分区所等共计16台接触网开关测控终端，其中8台加装电源滤波模块，以稳定接触网开关测控终端输入电压。原理如图3所示。

图3 增加电源滤波稳压模块原理图

经一个月的观察，加装电源滤波模块的处所未出现多次失电故障告警、通信异常现象，经对测控终端电源模块进行检查，其状态良好。未加装电源滤波模块的处所，2 处出现多次失电故障告警、通信异常现象，经检查该两处电源模块压敏电阻均烧损。

6 原因分析

接触网开关测控终端上传调度主站遥信是以双点的形式上传（即01 分位、10 合位、00 中间态、11 故障态），即隔离开关分位一个信号、合位一个信号，当隔离开关从合位至分位或分位至合位移动时会出现中间态信息，即分、合两个位置状态都没有信号时则上传一个网开关不定态信号，此信号若产生后马上恢复，说明是合位或分位位置信号抖动产生既不在合位又不在分位的现象，震动消失后隔开位置遥信又恢复正常。结合现场故障处理情况，产生不定态后自动恢复现象问题的原因为接触网测控终端内遥信接线松动或者隔离开关内部分合位置信号触点受到震动时接触不良造成的。

根据机理分析、电源质量测试结果和比对试验结果综合分析，接触网开关测控终端电源模块输入交流电压波动较大造成电源模块中压敏电阻RV 短路动作，无法输出电源给测控终端内其它部件，导致其它部件无法正常工作，致使通信异常故障问题出现。而测控终端失电故障告警信号是从电源管理模块上取一个常闭点，此常闭点是取电源模块输入端电压经一个内部光耦转换的，此光耦的正常有效工作电压是AC 165V～AC 264V，结合现场多次失电告警后自动复归，以及电源模块烧坏的情况，此问题排除接线松动的问题，导致该问题出现也是电源电压波动造成。

7 解决对策

7.1 加装电源滤波稳压模块

在接触网开关测控终端箱或者单杆变台电源配电箱内加装一个电源滤波稳压模块以提高输入到电源模块的电源质量，该改造方案已经过试验实践证明取得良好的效果。

7.2 增设隔离变压器

在接触网开关测控终端内的电源进线处增设一台隔离变压器，用于保护测控终端内电气设备，防止电源电压波动烧毁电气设备，特别是电源管理模块。原理如图4所示。

图4 增加隔离变压器的原理图

7.3 采用电缆直接控制

根据《接触网电动隔离开关及控制装置暂行技术条件》（TJ/GD023-2018）要求，将既有接触网开关光纤控制方式逐步更换为电缆直接控制方式如图5所示。线路上不在设置接触网开关测控终端，将接触网电动隔离开关操作机构控制回路集成在室内集中监控屏内，优化隔离开关机构箱电气结构，采用控制电缆遥控、遥信复用技术，实现隔离开关操作时直接输出带时限的动力电源进行分合闸，无操作时进行遥信监测，提高接触网隔离开关监控系统的可靠性，减少光纤控制方式受外界因素影响较大的问题。

图5 直控方式控制原理图

7.4 检查防雷接地措施

检查接触网开关测控终端箱防雷接地措施，确认接地电阻满足接触网设备类接地电阻不大于10Ω要求。

8 结束语

通过对黎湛电气化铁路接触网开关测控终端电源模块故障原因查找及分析。发现接触网开关测控终端电源模块故障原因为设计未考虑防止电压波动措施，加装电源滤波稳压模块等措施后，黎湛铁路接触网开关测控终端至今未发生电源模块故障。因此，在今后施工图审核过程中需加强细节审核，将缺陷销号在设计阶段，在后期运营阶段可以避免许多不必要的故障发生，减少了维护成本，提高牵引供电运行的可靠性和安全性。