大西高铁电力专业常见故障及预防措施
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作者:李国东
摘 要：大西高铁电力设备主要由电源线（架空+电缆）、区间一级、综合贯通电缆线路、箱变、电抗器组成，电源线引自供电公司变电站，经配电室调压后，由区间电缆输送至箱变，箱变10/0.4kV调压后给行车设备负荷供电。该文对大西高铁2014年开通至今笔者单位管内发生的电力设备故障进行梳理、分析，探讨如何提高电力专业维管水平。
关键词：大西高铁 电力 故障 电缆 干式变压器 预防措施 局放试验 直阻测试
中图分类号：U22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）08（b）-0029-02
1 电力设备故障统计
大西高铁2014年7月开通至2019年5月间，笔者所在供电段管内共发生电力跳闸69件。
1.1 按故障类型分
供电局故障26件;电源线电缆故障12件;架空电源线故障4件;区间电缆故障9件;站馈电缆故障1件;变压器故障6件;异物入侵（老鼠）2件;其他原因（电务）8件;RTU板故障1件。
（1）26件供电公司故障中，小丰、龙马线各5件，李曹线4件，南段、北关线各3件，郭东线2件，马和、祁县、双林、九汲线各1件。
（2）12件电源线电缆故障中，外界施工挖断电缆10件、电缆本体故障2件。
（3）4件架空电源线故障中，倒树2件、倒杆1件、外界施工影响1件。
1.2 按故障年份分
2014年5件、2015年5件、2016年9件、2017年20件、2018年25件、2019年5件。其中区间电缆故障，2014—2019年分别为1件、0件、0件、4件、3件、1件;变压器故障2014—2019年分别为0件、0件、1件、1件、2件、2件。
2 数据分析
（1）由故障类型件数可知，供电公司故障是影响大西高铁安全运行最主要因素。笔者所在供电段现有电源线25条，有10条电源线因供电公司故障停电26件，其中小丰、龙马、李曹、南段、北关、郭东6条电源线供电可靠性最差。经调查，此6条电源线上级全部为35kV变电站，且26件故障中，上级电源为35kV变电站占23件，占比88.5%，110kV变电站占3件，占比11.5%。110kV变电站电源稳定性远高于35kV变电站。
（2）电源线电缆、架空电源线受外界施工、环境因素影响较大。
（3）由年份统计数据可知，2016年以来，电力设备故障数量明显增加，除电务因素外（外单位责任），区间电缆故障、变压器故障问题日益突出。
3 预防性措施及难点
（1）针对供电公司故障问题，对上级变电站发生故障较频繁的电源线，及时与供电部门对接、发函，保证供电可靠性;对有条件的电源线，可将上级电源从35kV变电站倒接至110kV变电站（笔者单位2018年将马和电源线上级变电站从35kV倒接至110kV，供电可靠性明显提高），同时可将电源线回路从上级变电站改造为专线专柜馈出，杜绝因供电公司同母带其他线路故障影响高铁线路供电，提高电源稳定性。
（2）针对电源线受外界施工、环境影响问题。按要求做好周期巡线，除对电力线路外观检查外，还要加大外部环境检查力度，检查车辆来往密集易碰撞电力支柱、电力线路周边有无废弃电杆等隐患;检查电缆径路有无开挖取土、附近有无施工等问题。另通过对架空电源线电杆粘贴“高压危险”警示标志、侵限树木严重区段安装“严禁私自砍伐”警示牌，电源线电缆路径制作安装电缆保护警示牌、加装电缆标桩，可大大降低外界因素对架空电源线及电源线电缆运行影响。
（3）针对区间电缆故障问题。依据《高速铁路电力管理规则》，一是每半年进行一件设备巡视，重点对中间头、终端插拔头处所及电缆运行状态外观检查;二是每年一件检修作业，重点对电缆绝缘电阻进行摇测。
难点：因区间一级、综合贯通电缆分别敷设于高铁线路两侧沟槽盖板下，天窗点掀盖板外观检查时间短、作业难度大，同时外观检查、绝缘电阻测试无法发现电缆本体及电缆中间头内部缺陷，电缆长期运行发生故障隐患较大。
（4）针对变压器故障问题，依据《高速铁路电力管理规则》，一是每月一件设备巡视，重点检查变压器各部连接端子有无虚接放电、变压器运行有无异响，各温湿度、电压、电流等仪表显示有无异常;二是每年一件检修作业，重点对变压器绝缘电阻进行摇测。
难点：变压器绝缘电阻测试无法发现变压器本体内部匝间缺陷，变压器长期运行发生故障隐患较大。
4 难点探索
4.1 区间电缆故障
电力电缆常用的绝缘预防性试验有绝缘特性试验和耐压试验，其中绝缘特性试验主要包括绝缘电阻测试、泄露电流及介质损耗角正切值测试;耐压试验包括直流耐压试验和交流耐压试验。几种试验方法比较：（1）绝缘电阻测试只能对绝缘结构的总体绝缘水平进行判断，无法判断具体隐患处所;（2）电缆直流耐压试验后，试验电缆设备重新投入运行时，工频交流电压正极性输出时将导致在电缆缺陷和其周围的负极性剩余空间电荷之间形成非常大的电压梯度，因而会对电缆绝缘造成破坏;（3）交流耐壓试验优点是试验频率等于电力电缆运行工况，缺点是同为破坏性试验，且电缆是容性负载，其巨大的无功损耗导致需要极大的设备容量。超重的设备重量使工频试验方法不能用于现场，常用于电缆制造厂的出厂试验。实践中耐压试验主要用于对存在缺陷的电缆进行绝缘击穿，以便充分暴露故障点，方便故障查找处理。
综上，绝缘电阻测试不能满足电缆内部绝缘性能检测要求，耐压试验具有一定的破坏性，且仪器现场使用不便，相比较，电缆局放试验可解决以上问题。 局放试验主要是依靠电缆自身的电容与系统内置的电感线阀产生LC震荡，因没有外界高电压参与，在对电缆进行检测的同时，不会对电缆本体绝缘造成伤害，同时其对系统容量要求小，设备体积小，便于携带应用。局放试验不仅能反映电缆绝缘电阻情况，还能对包括泄露电流、介质损耗角正切值等参数反映的绝缘老化状态进行检测，主要可以发现以下隐患。
（1）电缆的主绝缘局部存在气隙缺陷或杂质。
（2）施工遗留缺陷：如电缆头制作工艺不合格、电缆附件内有杂质、电缆弯曲半径过小、拉伤、砸伤造成的主绝缘受伤等。
（3）电缆局部存在电树枝。
4.2 干式变压器故障
分别对侯马西站BX3箱变、临汾西站通信信号变电所烧损的变压器深度分析。发现故障主要原因有：（1）若变压器绝缘绕组有薄弱点，变压器在承受空载冲击合闸时，冲击合闸瞬间高压可能使线圈匝间绝缘、层间绝缘击穿，造成变压器线圈烧损;（2）若变压器高压线圈匝间或层间绝缘薄弱，长期运行过程中，在电场和磁场的作用下会加快绝缘老化，无法满足实际工况要求，最终出线匝间、层间短路，造成变压器线圈烧损。
针对匝间、层间绝缘击穿问题，通过直阻测试，并对历年测试数据积累、对比，可以发现变压器内部线圈匝间参数变化，进而发现缺陷隐患。
5 补强预防性措施
（1）每年对电力电缆进行局放试验检测，可对运行中电缆内部绝缘性能进行评估，及时发现潜在的隐患点，以便超前防范，提高电缆运行可靠性。
（2）每年对变压器各相高、低压绕组进行一件整体、分段直阻测试，通过历年数据对比，可掌握变压器内部结构运行状态变化，及时发现并整治变压器内部缺陷，提高变压器供电可靠性。
6 结语
通过对大西高铁2014年开通以来本段管内电力设备故障分析，逐项制定针对性卡控措施，可大大提高电力设备运行可靠性，同时此文可为高铁新线开通提供电力维管经验。
参考文献
[1] 朱康，李建明.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2] 谭立成，高楠楠.高压电气試验基础知识[M].北京：中国电力出版社，2013.
[3] TG/GD109-2015，高速铁路电力管理规则[S].北京：铁总运（[2015]49号），2015.
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