廣西沿海高速鐵路電力貫通線瞬時(shí)短路故障分析

毛謝華

（廣西沿海鐵路股份有限公司欽州供電段，助理工程師，廣西 欽州）

廣西沿海高速鐵路（以下簡稱“沿海高鐵”）是我國西南地區(qū)出海大通道的主要鐵路運(yùn)輸通道，是北部灣城市的交通大動(dòng)脈，主要包括邕北高鐵、欽防高鐵。沿海高鐵沿線行車設(shè)備均采用一級(jí)、綜合全電纜貫通線路供電，該供電方式相較于普鐵架空貫通線路供電穩(wěn)定性較高，且受外部環(huán)境因素影響較小。但自2013 年底沿海高鐵投運(yùn)以來，高鐵沿線電力貫通線瞬時(shí)短路故障頻發(fā)。僅2016 年2 月至8 月期間，電力貫通線瞬時(shí)短路故障發(fā)生就達(dá)19 件，嚴(yán)重影響了高鐵沿線行車設(shè)備供電穩(wěn)定性。本文對(duì)引發(fā)沿海高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障因素進(jìn)行歸納分析，從中找出規(guī)律性認(rèn)識(shí)，以便于現(xiàn)場檢維修作業(yè)提前發(fā)現(xiàn)、整治電力設(shè)備潛在的隱患，避免隱患點(diǎn)惡化形成永久性故障造成大范圍停電事故。

1 電力貫通線瞬時(shí)短路特點(diǎn)

沿海高鐵電力貫通線電纜選型、高壓柜結(jié)構(gòu)、配電所貫通饋線保護(hù)投退設(shè)置等均與南寧局集團(tuán)公司管內(nèi)其他高鐵線路有很大差異，可供學(xué)習(xí)參考的高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障處置經(jīng)驗(yàn)較少。沿海高鐵配電所貫通饋線主供回路“重合閘”保護(hù)設(shè)為“退出”，備供回路“備自投”保護(hù)設(shè)為“投入”。貫通線供電臂長度均為50 kM 左右，由于瞬時(shí)短路故障發(fā)生后“備自投”立即恢復(fù)線路供電，故障點(diǎn)不能直接隔離，形成了該類型故障突發(fā)性強(qiáng)，故障點(diǎn)隱蔽性高、排查范圍廣等特點(diǎn)。且高鐵電力貫通線均采用雙回路多方向電源供電，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，排查難度較大。針對(duì)此類故障隱患排查，作業(yè)人員須嚴(yán)格執(zhí)行安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，深入現(xiàn)場逐一對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行摸排、篩選。

2 跳閘案例

為了準(zhǔn)確找到故障成因，我們從廣西沿海高速鐵路電力貫通線瞬時(shí)短路故障庫中隨機(jī)選取3例進(jìn)行分析，力求從中得出規(guī)律性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而有效指導(dǎo)解決此設(shè)備使用出現(xiàn)的共性問題。

2.1 案例一2016 年5 月13 日11 h 15 min，天氣：晴。合浦配電所綜合962#斷路器過流II 段保護(hù)動(dòng)作，欽州東配電所綜合961#斷路器備自投成功。合浦配電所綜合962#斷路器動(dòng)作值Ia=4.46 A、Ib=5.53 A、Ic=1.51 A，流互變比30/5。過流II 段保護(hù)整定值為4.2 A，動(dòng)作時(shí)間0.1 S，斷路器屬于正常保護(hù)動(dòng)作。故障原因、故障點(diǎn)位置未能在第一時(shí)間查明。

2.2 案例二2016 年6 月8 日4 h 45 min，天氣：陰。欽州東配電所一級(jí)951#斷路器過流II 段保護(hù)動(dòng)作，大塘配電所一級(jí)952#斷路器備自投成功。欽州東配電所一級(jí)951#斷路器動(dòng)作值

Ia=7.92 A、Ib=39.08 A、Ic=7.21 A，流互變比20/5。過流II段保護(hù)整定值8.5 A，動(dòng)作時(shí)間0.2 S，斷路器屬于正常保護(hù)動(dòng)作。故障原因、故障點(diǎn)位置未能在第一時(shí)間查明。

2.3 案例三2016 年8 月13 日6 h 27 min，天氣：晴。合浦配電所一級(jí)951#斷路器過流II 段保護(hù)動(dòng)作，北海配電所一級(jí)952#斷路器備自投成功。合浦配電所一級(jí)951#斷路器動(dòng)作值

Ia=39.28 A、Ib=3.15 A、Ic=2.52 A，流互變比20/5。過流II 段保護(hù)整定值5 A，動(dòng)作時(shí)間0.1 S，斷路器屬于正常保護(hù)動(dòng)作。故障原因、故障點(diǎn)位置未能在第一時(shí)間查明。

3 原因分析

通過組織有關(guān)人員對(duì)高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障進(jìn)行針對(duì)性的排查，重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場電力設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致逐一檢查、測量、試驗(yàn)、分析和對(duì)比，并充分考慮廣西沿海地區(qū)高溫、高濕等氣候環(huán)境特點(diǎn)與故障的關(guān)聯(lián)影響，分析判斷引起高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障的因素主要有以下幾個(gè)方面：

3.1 凝露引起爬電和閃絡(luò)沿海高鐵沿線基站、直放站、中繼站箱變及電力遠(yuǎn)動(dòng)間高壓柜均配置全密封SF6 氣體柜，共計(jì)154 臺(tái)。占全線高壓柜總數(shù)量81%。該類型高壓柜電纜進(jìn)出線插拔頭底座套管（柜內(nèi)側(cè)）、柜內(nèi)母線及高壓斷路器均密封于氣室內(nèi)。沿線紅外、綜合工區(qū)、綜合探測機(jī)房箱變均配置普通非密封高壓柜，共計(jì)37臺(tái)。占全線高壓柜總數(shù)量19%。相較于全密封SF6 氣體柜，該類型高壓柜易受凝露爬電、異物侵入等因素影響。

廣西沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)型海洋氣候，沿線箱變都是安裝于室外，設(shè)備常年處于高溫、高濕環(huán)境下運(yùn)行。加之，沿海地區(qū)突發(fā)性降雨較多，降雨量較大，部分箱變基礎(chǔ)內(nèi)電纜預(yù)留井受地理環(huán)境、地表水位、排水速度等多方面因素影響，雨季井內(nèi)積水嚴(yán)重，致使箱變內(nèi)部空氣濕度過大，電氣材料、元件絕緣降低，極易成為產(chǎn)生故障的因數(shù)。

此外，高鐵沿線箱變內(nèi)加熱器一般設(shè)置于低壓室，部分箱變高壓柜為非密封式普通高壓柜，在相對(duì)封閉的高壓柜內(nèi)部并未安裝加熱器。電纜終端頭及柜內(nèi)母排、線纜、絕緣底座、絕緣套管表面易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，引起絕緣層表面爬電、閃絡(luò)。圖1為高壓柜內(nèi)絕緣線表面凝露現(xiàn)象示意圖，圖2 為凝露導(dǎo)致電纜頭爬電燒損示意圖

圖1 高壓柜內(nèi)絕緣線表面凝露現(xiàn)象

圖2 凝露導(dǎo)致電纜頭爬電燒損示意圖

3.2 高壓柜存在設(shè)計(jì)缺陷部分廠家為減小高壓柜體積、降低設(shè)備制造成本，高壓柜內(nèi)母排使用單芯絕緣線代替。相較于母排，高壓柜生產(chǎn)廠家對(duì)絕緣線與柜體距離、絕緣線線間距離未做任何要求，部分絕緣線相互交叉觸碰。未考慮高壓柜內(nèi)絕緣線線耳裸露導(dǎo)體沿絕緣線表面爬電至最近短路點(diǎn)爬距是否滿足規(guī)范要求。當(dāng)絕緣線表面積塵臟污或凝露到一定程度時(shí)，絕緣層表面形成爬電、閃絡(luò)引起瞬時(shí)短路。圖3 為高壓柜內(nèi)因絕緣線相互接觸、凝露爬電形成短路燒損絕緣線的示意圖。

圖3 高壓柜內(nèi)因短路燒損絕緣線示意圖

3.3 異物侵入非密封式普通高壓柜高壓電纜接線端雖已采用絕緣插拔頭安裝，但插拔頭安裝底座另一端采用普通母排或絕緣線連接，致使接線端子導(dǎo)體外漏。由于高壓柜接地線母排進(jìn)入柜體處存在較大縫隙，箱變封堵有漏洞時(shí)，小動(dòng)物進(jìn)入高壓柜內(nèi)引起瞬時(shí)短路故障。

箱變變壓器高壓接線端子裸露未設(shè)置絕緣防護(hù)措施，箱變封堵有漏洞時(shí)，小動(dòng)物進(jìn)入變壓器室接近、觸碰變壓器高壓接線端子，引起瞬時(shí)短路故障。

4 預(yù)防措施

4.1 加強(qiáng)防凝露裝置運(yùn)行管理高鐵沿線箱變、遠(yuǎn)動(dòng)間均設(shè)置有排風(fēng)機(jī)、加熱器等防凝露裝置，要加強(qiáng)檢查、調(diào)試并按要求設(shè)置裝置啟停參數(shù)，確保防凝露裝置可靠運(yùn)行。通過對(duì)通風(fēng)量及箱變內(nèi)部溫度的控制，加快柜內(nèi)外空氣交換，減小柜內(nèi)外溫度及濕度差，從而減少凝露發(fā)生。針對(duì)高鐵沿線箱變非密封式普通高壓柜，可優(yōu)化凝露傳感器、加熱器設(shè)置位置，以防止局部區(qū)域的防控漏洞。

4.2 調(diào)整空氣間隙及增加爬電距離調(diào)整高壓柜內(nèi)單芯絕緣線線耳安裝角度，增大絕緣線對(duì)柜體、絕緣線相間空氣間隙，避免防凝露裝置故障失效發(fā)生凝露時(shí)因絕緣距離不夠引起爬電、閃絡(luò)。調(diào)整后空氣間隙仍不滿足要求處所可增設(shè)絕緣支撐構(gòu)件，增加爬電距離，防止閃絡(luò)發(fā)生。

圖4 調(diào)整絕緣線間距增加絕緣構(gòu)件

4.3 防異物侵入為防止小動(dòng)物接近、觸碰高壓柜內(nèi)母線或變壓器高壓接線端子造成放電、短路，箱變電纜進(jìn)出口、高壓開關(guān)柜纜線通道及柜體縫隙要完全封堵。電纜預(yù)留進(jìn)出口等較大通道要設(shè)置防止老鼠破壞封堵物的措施。在變壓器接線端子增設(shè)絕緣護(hù)套，增加防范措施，以確保電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 嚴(yán)格執(zhí)行電力設(shè)備定期保養(yǎng)制度要定期對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢查、測量、清掃，調(diào)整、更換易損易耗原件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，確保設(shè)備工作狀態(tài)良好。避免因凝露傳感器積塵影響靈敏度、濕度控制器損壞導(dǎo)致防凝露裝置失效和絕緣積塵受潮、臟污發(fā)霉引起爬電閃絡(luò)等隱患持續(xù)發(fā)展惡化，引發(fā)電力設(shè)備故障造成停電事故。

4.5 落實(shí)設(shè)備故障及隱患調(diào)查分析制度高鐵電力設(shè)備搶修應(yīng)遵循“快速隔離故障區(qū)段，恢復(fù)非故障區(qū)段供電，先通后復(fù)，保證行車通暢”的原則。搶修過程中要注意保存現(xiàn)場故障、隱患設(shè)備的影像、數(shù)據(jù)參數(shù)、故障部件等原始資料及物件，以現(xiàn)場實(shí)際情況為依據(jù)，結(jié)合后臺(tái)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)分析確定導(dǎo)致故障、隱患形成的因素。建立電力設(shè)備故障、隱患問題庫，實(shí)時(shí)更新、分析、對(duì)比，抓好故障、隱患源頭把控。提前發(fā)現(xiàn)、整治電力設(shè)備潛在的隱患，避免隱患點(diǎn)惡化形成永久性故障造成大范圍停電事故。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)沿海高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障進(jìn)行排查整治，對(duì)存在缺陷的設(shè)備進(jìn)行改造，現(xiàn)該類型故障已經(jīng)基本消除，高鐵電力設(shè)備供電穩(wěn)定性得到了大幅度提升。隨著高鐵電力設(shè)備供電質(zhì)量、安全性、可靠性等要求的不斷提高，電力貫通線故障處理、應(yīng)急處置也越發(fā)需要緊迫高效。此文對(duì)沿海高鐵電力貫通線瞬時(shí)短路故障進(jìn)行分析總結(jié)、提出預(yù)防措施，供現(xiàn)場作業(yè)人員交流經(jīng)驗(yàn)、借鑒參考。