铁路10kv电力系统故障与防范分析对策

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　　摘要：10kv配电线路被广泛应用在铁路电力系统运行中，在铁路行车信号系统、红外线探测系统、车号识别系统以及隧道照明、通信设备、调度管理等系统中发挥着重要作用。但是在铁路电力系统中存在大量变压器，当变压器出现故障后会引起跳闸停电，严重影响铁路正常运行。所以有必要对铁路电力系统的故障问题及其原因进行探究，并提出相应的防范措施。鉴于此，本文将在阐述相关概念的基础上，对当前铁路10kv电力系统故障及其原因进行分析，然后就如何防范电力系统故障提出几点看法。
　　关键词：铁路;10kv电力系统;配电线路;故障;原因和防范
　　1 电力系统和10kv自闭贯通电网概述
　　1.1 电力系统
　　电力系统中包含大量的电力设备、继电保护装置和计量测量仪器以及各种信号通讯设备和控制设备，其中10kv电力系统为电压等级较低的电力系统，也是应用最为广泛的电力系统。随着经济的快速发展，铁路建设规模扩大，因而10kv电力系统的建设也在全国范围延伸，该线路建设面积大、线路长，长期处于户外条件下，很容易出现故障问题。一旦出现故障便会影响铁路线路的正常运行，带来严重的经济损失，甚至会危害人们的生命财产安全。在对供电质量和可靠性要求越来越高的情况下，铁路电力网络越来越复杂，对于铁路电力线路的控制需要依靠自动化的手段，通过自动化数据采集和监控及时反馈异常情况，及时定位故障位置并采取临时措施来缩短停电时间和停电范围，这样才能提高供电的可靠性和供电质量。
　　1.2 10kv自闭贯通电网
　　自闭贯通电网是一种专门为铁路自动闭塞信号装置提供电源的网络，铁路系统专门使用的10kv自闭贯通电网供电距离在40-60千米，当该线路上的配电所发生故障后所波及的面积巨大，造成的影响损失也巨大。目前对于电力系统的故障定位和排查还缺乏有效措施，尤其在准确定位上还存在不少困难。
　　铁路10kv自闭贯通电网和平常生活所用的电力系统配电线路还有所不同，该电网具有以下特点：首先供电线路更长，所以面临的自然环境也更加复杂，大多铺设在崎岖山区的线路其更容易出现故障，且难以快速准确地定位故障位置。其次，供电点少且供电负荷较小，因为只有铁路停靠站点才有接入点，电网所接入的用户少。再次，电压等级较低，配电所的结构十分单一。自闭贯通电网使用的供电设备少，需要输电设备多，组成结构简单，所以供电可靠性更好。最后，该电网为单独为铁路服务的内部电网，所以电力系统沿线分布均匀且互相连接，连接的形式主要有自闭线和贯通线，连接形式相对简单。
　　2 10kv自闭贯通线路故障和成因分析
　　2.1 10kv自闭贯通线路故障
　　铁路10kv自闭贯通线路主要故障类型包括相间短路、接地相间短路和单相接地故障。其中单相接地故障是发生频率最高的，当配电线路断线落在地上或者搭接在塔架上便会引起单相接地故障。在大风或者振动作用下、在导线没有连接牢固，或者受树木建筑物的影响也会引起单相接地故障。相间短路故障也就是线路过流跳闸问题，是影响10kv配电线路最大的故障，而且在发生故障时很难快速找到准确的故障点，所以排查故障的难度较大。接地相间段落包括三相接地电路和两相接地故障。三相接地电路故障发生时，电压降低，故障相可监测到短路电流，但整个系统无零序电流和零序电压。靠近故障电源侧的区域能监测到短路电流，远离电源侧的区域则监测不到短路电流。两相接地故障区靠近电源侧线路都能监测到相同短路电流，而远离电源侧的线路没有短路电流，整个配电线路上有零序电压和零序电流。此外，变压器油温升高、变压器绝缘油变质以及绝缘套管闪络或爆炸等也是引起铁路线路故障的常见问题。
　　2.2 10kv自闭贯通线路故障发生的原因分析
　　2.2.1 自然因素
　　从过去发生的线路故障问题来看，在雷雨等不利气候条件下更容易出现线路故障。这是因为在这些不利天气状况下，电力系统中的电网设备更容易被破坏，比如遭到雷电损坏而引起停电问题，严重时还会诱发火灾事故。雷电是引起跳闸的重要因素，在發生后就会引起设备绝缘性能下降、损坏等问题，进而引起安全事故。除了雷电外，在大风、雨雪天气也会损坏电力设备，比如风力太大便会使各个设备之间的距离变小，这样就容易引起线路短路故障。在冰雪天气，电力设备遭受到的压力变大而使部分结构遭到破坏，进而破坏线路的运行，影响供电系统正常供电。在下雨天气，绝缘部分也会受到雨水影响而出现短路。尤其在雷雨频发季节，如果不做好对10kv配电线路的检修保护，类似故障会频发发生，一旦线路被破坏以后就会给社会生活生产造成严重损害。
　　2.2.2 人为因素
　　人为因素引起的线路故障问题可以分成三类：第一类是因为电力企业内部管理人员专业能力不够高，企业自身的安全意识不够，所以缺乏对这些技术人员的培训管理，使得管理技术人员没有真正意识到自身工作的重要意义，在检修维护中出现态度不端正、没有严格按照规范操作等行为，造成检修质量不高，设备存在的安全隐患不能及时发现和根除，给设备安全运行埋下隐患。第二类是在配电线路设计和施工中，存在设计方案不合理、施工中各单位和各部门配合不理想等问题，加上受到施工技术、施工人员和施工材料质量等因素的影响，使安装以后的配电线路存在较多安全隐患。如果后期没有及时发现和进行整治，就会出现设备运行不稳定，甚至出现严重的设备问题。此外和电力用户的安全意识有关，人们缺乏安全意识和法制意识，目前依然存在破坏配电线路，随意将生活垃圾堆放在配电线路周围，在线路四周随意放鞭炮等，这样自然会引起线路故障和安全事故。
　　2.2.3 管理因素
　　在对10kv电力系统运行的维护管理上，一方面不少业务人员的技术水平还不够，对于运行维护的经验不够丰富，所以在日常检修维护中可能不能很好地把握检修的重点和主要换IE，这样就不能及时找出线路主要故障和安全隐患。另一方面因为在运行中国配电线路自身可能存在高压引线、线夹等连接不牢的问题，加上容易受到外界因素的影响，如果不能及时发现和处理，就可能会引起烧毁烧断线路的问题而引起安全故障。 　　2.2.4 线路自身因素
　　铁路建设工程发展快速，铁路用电线路却变得越来越复杂，数量规模提升的同时种类也变得多种多样。但是在实际设计、施工和运行维护中，一方面可能在设计初始就存在设计漏洞而没及时发现和改正，这样就会影响后期的建设和实际运行，带来的后果是不可估量的。另一方面在施工中，如果没有采用合理的施工方案，或者所使用的设备、材料和技术不合理不理想，就会影响安装施工的质量，对于线路的管理和修复不够重视就会出现线路不稳现象，还会加大线路损耗量，引起电能的浪费。此外，在运行维护中，当线路绝缘层老化后，如果没有及时维修更换就可能会引发跳闸问题。在线路及其设备方面，主要存在的故障有配电变压器故障和绝缘子绝缘性下降等问题。配电变压器发生故障主要是日常保养不到位和长期大负荷运行造成内部绝缘性能下降而引发线圈匝间短路等。绝缘子绝缘性下降的主要原因是超期运行、遭雷击、脏污等，进而引发安全事故。此外，避雷器质量或安装不合理，高压熔丝熔断、支柱上各种开关质量不满足要求或设备运行过长而没有进行检修、更换，则可能会引发线路停电故障。
　　3 铁路电力系统线路故障预防措施
　　3.1 防范自然灾害的措施
　　铁路10kv配电线路较长，且大部分铺设在条件复杂地区，布设起来难度较大，加上这些地区自然气候环境恶劣，所以运行维护的难度也很大。当线路出现故障后就会出现停电，不仅会影响铁路正常运行，造成巨大经济损失，而且还会威胁人们的生命财产安全。从故障原因分析中可以发现，自然灾害是引起线路故障的主要因素，应对一般自然灾害时可以通过装设避雷装置的方式来降低雷电给配电线路造成的损害。在自然灾害频发季节，可结合现场具体情况增加避雷装置，加大对现场设施的维修管理。为避免受当地大风天气和雨雪天气的影响，在安装铺设配电线路时就应该选择性能优良，尤其是承载能力较大的电线，抵抗大风荷载力和雨雪压力的影响。在日常检修维护工作中要及时发现已经老化或出现破损的电线，并及时更换以免引起漏电事故。此外，由于树木和建筑物等也会影响配电线路的正常运行，所以要及时和相关部门沟通联系，协调绿化工程和建筑工程与配电线路工程之间的关系。
　　3.2 针对人为因素的预防措施
　　针对人为因素引起的线路故障问题，在设计配电线路时就要考虑将其设置在人为活动较少的地方，在安装以后应在附近设置警示牌或防护栏，这样可以给过往的行人、车辆等以警示。此外还应该加大安全知识的宣传力度，使广大人民群众可以认识到安全用电、维护电力系统安全的重要意义。最后，铁路供电部门应加大对技术人员的培训，提高他们检修维护的专业水平，同时培养责任心和安全意识，在配电线路维修管理中能严格按照规范要求开展操作。
　　3.3 加大对10kv配电线路的日常检查和管理
　　10kv配电线路故障问题时有发生，但如果能加大日常维修管理，便能大大降低故障问题发生的概率。比如可以成立专业的配电线路维修管理小组，在完善各项机制措施的基础上将具体任务分配给具体部门和人员，并通过责任机制和奖惩机制来充分调动工作人员的积极性，提高他们的安全意识和技术水平，使各项工作可以落实到位。在针对配电线路的管理中不仅要有定期的维修方案，还要制定一系列紧急预案，当出现紧急情况时可以及时采取针对性的措施加以解决，避免故障大面积扩散而加大经济损失。
　　3.4 对变压器的维护保养
　　变压器在安装时应合理选择安装环境，保证其在良好环境下工作。为避免雷电引起的设施故障和人为偷窃现象，需设置合理的配套防雷设施和防盗设施。其次，在变压器运行中要保证其承载的负荷在设计允许范围内。此外，为保证变压器正常运行，尤其要保证其瓷套管和绝缘子的完整与整洁，保证接头稳固，定期对变压器的避雷设施、导电电阻等进行检查。在油冷却系统中注意检查散热器有无出现渗漏、生锈等问题。
　　4 結语
　　作为铁路主要输配电线路，10kv电力系统线路一旦出现问题将造成铁路各系统障碍，导致整个铁路系统线路瘫痪而影响铁路的正常运行。本文作者认为检查维护人员首先要做好对变压器的安装和运行管理，其次应该合理应用各种新技术和新设备，准确定位故障位置并采取合理的措施加以排除。
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