普速鐵路10kV電力貫通線常見(jiàn)故障分析及處理

中鐵二十局集團(tuán)電氣化工程有限公司 張利明

焦柳鐵路懷化至柳州段電氣化改造工程，位于湖南省懷化市，沿線為山區(qū)丘陵地貌，水系發(fā)育，橋隧比23.5%。懷柳線通車于20世紀(jì)七十年代，10kV電力貫通線上一次大規(guī)模升級(jí)維護(hù)距今已有20年，目前線路和設(shè)備陳舊老化較為嚴(yán)重。通道內(nèi)樹(shù)木繁茂，需每季度組織一次砍青，加之雨季時(shí)間長(zhǎng)，山區(qū)雷電頻發(fā)，因此樹(shù)木導(dǎo)致的短路接地和雷擊造成的設(shè)備損壞是10kV電力貫通線最常遇到的故障類型。因此，在施工和運(yùn)營(yíng)質(zhì)保期間，做到配合供電車間和工區(qū)快速分析和查找10kV電力貫通線停電原因、故障位置，盡快處理故障，恢復(fù)送電，是供電段的要求，也是提高供電質(zhì)量，確保鐵路運(yùn)行安全的必要工作。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，10kV電力貫通線發(fā)生的故障主要分為短路故障和缺相故障兩類。以下針對(duì)這兩種故障類型，結(jié)合實(shí)例具體分析故障產(chǎn)生的原因和處理辦法[1]。

1 短路故障

1.1 短路故障判斷

鐵路10kV電力貫通線采取的是中性點(diǎn)不直接接地運(yùn)行方式，三相和大地直接不構(gòu)成回路，三相對(duì)地電壓屬于電容電壓，任一相接地不會(huì)造成短路跳閘，只會(huì)使接地相電壓降低，另兩相電壓升高，理論上允許帶故障允許2h[2]。短路故障發(fā)生時(shí)，配電所斷路器一般以電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)的方式顯示。配電所貫通饋線柜故障跳閘后，如備供所備自投合閘成功或本所重合閘成功，則一般性為瞬時(shí)故障，不必處理，只須加強(qiáng)線路巡視；如果本所重合閘、備供所備自投均不動(dòng)作或動(dòng)作均不成功，斷路器跳閘信息顯示一般為速斷保護(hù)或過(guò)流一段保護(hù)及過(guò)流二段保護(hù)。短路故障分為相間短路和接地短路，其主要判斷辦法如下。

相間短路：當(dāng)主供所故障數(shù)據(jù)顯示為三相或兩相電流瞬時(shí)增高，電壓下降或?yàn)榱?，可初步判斷為線路發(fā)生相間短路。

接地短路：當(dāng)主供所檢測(cè)系統(tǒng)顯示線路為一相電流瞬時(shí)增高，相電壓下降但不為零，其他兩相相電壓上升但達(dá)不到線電壓，可判斷為線路有一相發(fā)生非金屬接地；當(dāng)顯示為一相電流瞬時(shí)增高，相電壓為零，其他兩相相電壓上升達(dá)到線電壓，可判斷為線路有一相發(fā)生金屬接地（理論上10kV中性點(diǎn)不直接接地供電線路發(fā)生單相接地時(shí)，允許運(yùn)行2h，但鐵路配電所為保障供電質(zhì)量，保護(hù)設(shè)計(jì)靈敏度很高，發(fā)生單相接地短路斷路器會(huì)動(dòng)作于跳閘）。

1.2 短路故障處理及案例分析

貫通線短路故障發(fā)生后，一般處置程序?yàn)椋号潆娝鄳?yīng)線路斷路器發(fā)生跳閘后，根據(jù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況及數(shù)據(jù)分析，配電值班員迅速做出初步判斷，并將現(xiàn)場(chǎng)情況馬上報(bào)告段生產(chǎn)調(diào)度指揮中心。由段生產(chǎn)調(diào)度員根據(jù)情況遠(yuǎn)動(dòng)操作進(jìn)行故障區(qū)段初步分段排除查找，即分開(kāi)供電臂中間小站設(shè)置的貫通線2#開(kāi)關(guān)（遠(yuǎn)動(dòng)操作的真空斷路器），然后命令主供所手動(dòng)合閘送電，如送電成功則故障出在未送電區(qū)段；如送電不成功，備供所手動(dòng)送電成功，則故障出在分開(kāi)的2#真空斷路器至主供所之間區(qū)段。然后以此類推，將故障范圍縮小到一個(gè)區(qū)間，隔除故障區(qū)段后再命令主、備供所向正常線路送電，保障非故障區(qū)段供電。最后再將信息反饋給相應(yīng)的供電車間或電力工區(qū)，通知安排人員出巡查找處理故障[3]。

由于一個(gè)區(qū)間多則20km，少則10km且路徑不便，走行困難。為盡快找到故障點(diǎn)，達(dá)到快速處理，縮短停電影響時(shí)間，檢修人員在出巡時(shí)不應(yīng)采取遍地撒網(wǎng)全覆蓋的形式，而是要根據(jù)故障現(xiàn)象及配電間開(kāi)關(guān)跳閘故障數(shù)據(jù)分析，有針對(duì)性地對(duì)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行巡視，往往可收到事半功倍的效果。下文列舉幾起實(shí)際事例進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施。

1.2.1 倒桿后造成三相短路

2019年12月6 日，黔城至江市供電臂由黔城配電所為主供所。11點(diǎn)13分黔城配電所黔江貫通線斷路器跳閘，為速斷保護(hù)動(dòng)作。備供所江市配電所江黔貫斷路器自投后加速跳閘。黔城配電所故障跳閘數(shù)據(jù)顯示見(jiàn)表1。

表1 黔城配電所故障跳閘數(shù)據(jù)

段調(diào)度指揮中心接到配電所值班員匯報(bào)后，迅速采取遠(yuǎn)動(dòng)分段查找法，經(jīng)過(guò)查找最后將故障區(qū)段確定在大沙田至江市區(qū)間。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，初步判定線路發(fā)生三相短路，于是將重點(diǎn)巡視放在兩處立在道路邊的電桿。這種三相短路，一般就是倒桿引起（本區(qū)間全采用架空裸導(dǎo)線，無(wú)電纜，要不然電纜中間頭三相擊穿或電纜被外力，如挖掘機(jī)等挖斷也會(huì)造成此類故障），其他的原因如電桿上掛長(zhǎng)大物件、倒樹(shù)壓線等大多數(shù)只會(huì)引起兩相短路。安排優(yōu)先巡視這兩個(gè)地方，發(fā)現(xiàn)路邊56#電桿倒桿。此處位于一處鐵路天橋旁，一根小轉(zhuǎn)角桿被地方車輛（超寬貨車）壓斷拉線后，巨大的拉力將電桿彈斷，導(dǎo)線倒下搭在鐵路天橋鐵欄桿上，造成三相短路，因斷路器保護(hù)靈敏度高，故障發(fā)生瞬間作用于跳閘，導(dǎo)線并未被燒損斷股。相關(guān)單位組織人力迅速拔出舊斷電桿，立新電桿、裝設(shè)金具，再查看相鄰兩邊電桿金具及絕緣子有無(wú)損壞和移位，有的話將損壞的設(shè)備更換新的，將移位的設(shè)備復(fù)位，然后將導(dǎo)線架上電桿，綁扎好即可恢復(fù)供電[4]。本次故障處理，由于前期判斷正確，僅用很短時(shí)間就找到故障點(diǎn)，大幅縮短了故障影響時(shí)間。此類故障的預(yù)防措施為，在路邊電桿及拉線安裝防撞墻和警示牌。

1.2.2 設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的單相接地

如懸式絕緣子擊穿、針式絕緣子斷裂、避雷器擊穿等。這里列舉一例具有特殊性的設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致的接地故障：復(fù)合外套金屬氧化鋅避雷器擊穿但未脫扣引起的接地故障。2019年4月25日，黔城至江市供電臂由黔城配電所主供。14點(diǎn)28分，黔城配電所黔江貫線斷路器跳閘，為過(guò)流一段保護(hù)動(dòng)作。江市配電所江黔貫斷路器自投后過(guò)流一段跳閘，黔城配電所重合閘動(dòng)作后又過(guò)流一段跳閘。黔城配電所數(shù)據(jù)顯示見(jiàn)表2。

表2 黔城配電所跳閘數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)可看出是A相接地短路（接近金屬接地），引起的斷路器跳閘。此故障可能是倒樹(shù)搭了一相線，也可能是長(zhǎng)大物件掛線后與接地線或拉線短接，還有可能是支持導(dǎo)線的絕緣子擊穿后導(dǎo)線與電桿搭接短路等。供電段指揮中心調(diào)度電話通知，經(jīng)調(diào)度員遠(yuǎn)動(dòng)操作排查，故障區(qū)段確定在黔城-江市區(qū)間。接到電話后工作人員配合電力工區(qū)也按跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行了前期分析，但造成單相接地的原因較多，重點(diǎn)查看路外危樹(shù)比較多的地方。但是巡視了全區(qū)段線路竟然沒(méi)找到故障點(diǎn)，只能再一次安排巡視重點(diǎn)帶有接地線和安裝有避雷器的電桿。最后巡視人員發(fā)現(xiàn)黔城江貫通線117#無(wú)線列調(diào)變臺(tái)桿A相避雷器擊穿（避雷器上有個(gè)裂紋）但未脫扣，導(dǎo)致A相接地短路。

采取安全措施后，班組立即對(duì)避雷器進(jìn)行更換，線路故障消除，恢復(fù)供電。正常情況下，復(fù)合外套氧化鋅避雷器內(nèi)部電阻較大，相當(dāng)于絕緣狀態(tài)，在有感應(yīng)雷時(shí)流過(guò)泄流電流，而雷電強(qiáng)大時(shí)，避雷器內(nèi)部閥片會(huì)遭受破壞，底部脫扣器會(huì)自動(dòng)脫開(kāi)，避免線路接地。而造成此次避雷器擊穿而不脫扣的原因是此電桿的接地角鋼被盜，接地線被人插在土里10cm左右，導(dǎo)致無(wú)法與大地緊密相連，接地電阻過(guò)大，在雷電經(jīng)過(guò)避雷器時(shí)得不到有效泄放，從而破壞了避雷器閥片，使其在正常電壓時(shí)也呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，從而造成線路接地。此類故障的預(yù)防措施：加強(qiáng)巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排查隱患；定期檢測(cè)設(shè)備接地電阻，必要時(shí)增設(shè)接地極和使用降阻劑。

1.2.3 國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)并網(wǎng)引起短路

國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)由于相位角不同，兩路電源如并網(wǎng)的話會(huì)引起過(guò)載短路。筆者曾遇到某車站職工將引自南方電網(wǎng)的一組真空斷路器，當(dāng)做自發(fā)電開(kāi)關(guān)誤操作，引起的區(qū)間貫通線失壓，然后斷路器備自投動(dòng)作成功，斷路器也未跳閘，只是電流比正常值小了一半左右。

1.2.4 其他的故障

其他的故障原因還包括：電纜頭制作工藝不達(dá)標(biāo)，致使電纜頭擊穿短路；地理環(huán)境等影響，如粉塵飄到絕緣子上，長(zhǎng)時(shí)間積累導(dǎo)致絕緣子爬電擊穿造成線路短路；大風(fēng)天氣吹動(dòng)導(dǎo)線（防震錘掉落）引起相間距離不足而弧光短路；如鳥(niǎo)類在電桿上筑巢易造成雨天短路；人為破壞如向線路拋物、撞擊電桿或挖斷電纜，等等。預(yù)防措施：規(guī)范施工工藝，嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)；加強(qiáng)線路巡視，發(fā)現(xiàn)絕緣子臟污及時(shí)做計(jì)劃清洗，發(fā)現(xiàn)防震錘脫落及時(shí)報(bào)計(jì)劃安裝，發(fā)現(xiàn)電桿上有鳥(niǎo)巢及時(shí)處理并按照驅(qū)鳥(niǎo)器；加強(qiáng)愛(ài)路護(hù)路宣傳，減少人為因素對(duì)鐵路設(shè)施造成的破壞等。

2 缺相故障

2.1 缺相故障判斷

當(dāng)配電所出現(xiàn)主供所線路電壓顯示正常，但電流（一相或多相）比正常運(yùn)行情況下減小，備供所顯示線路電壓異常（一相或多相為零或與缺相相關(guān)的線電壓明顯下降，接近相電壓），出現(xiàn)此情況可判斷為線路斷線未接地（缺相）故障。

發(fā)生缺相故障一般為斷線不接地，例如貫通線的設(shè)備線夾斷裂、區(qū)間終端桿架空線與電纜接頭的接線端子脫離、區(qū)間單極隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、耐張桿過(guò)橋線松脫等情況都會(huì)導(dǎo)致線路缺相。主供配電所如無(wú)明顯變化，則故障點(diǎn)可判定發(fā)生在靠近備供所的線路設(shè)備；如所缺相相電流大幅下降或接近零，則可判定故障點(diǎn)在靠近主供所一側(cè)的線路設(shè)備。配電所值班員將故障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確匯報(bào)給段生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，指揮中心調(diào)度員再根據(jù)故障數(shù)據(jù)及用電負(fù)荷情況，采取遠(yuǎn)動(dòng)分段查找辦法，隔離故障區(qū)段，將故障范圍壓縮到最小，減小故障影響范圍。然后再通知相應(yīng)電力工區(qū)出動(dòng)人員查找故障點(diǎn)。電力工區(qū)可重點(diǎn)巡視容易斷線但不會(huì)引起接地的設(shè)備電桿，如架空線與電纜連接過(guò)渡的電桿、區(qū)間隔離開(kāi)關(guān)桿、耐張桿等。

2.2 缺相故障處理

發(fā)生缺相故障一般為斷線不接地，例如貫通線的設(shè)備線夾斷裂、區(qū)間終端桿架空線與電纜接頭的接線端子脫離、區(qū)間單極隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、耐張桿過(guò)橋線松脫等情況都會(huì)導(dǎo)致線路缺相。主供配電所如無(wú)明顯變化，則故障點(diǎn)可判定發(fā)生在靠近備供所的線路設(shè)備；如所缺相相電流大幅下降或接近零，則可判定故障點(diǎn)在靠近主供所一側(cè)的線路設(shè)備。配電值班員將故障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確匯報(bào)給段生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，指揮中心調(diào)度員再根據(jù)故障數(shù)據(jù)及用電負(fù)荷情況，采取遠(yuǎn)動(dòng)分段查找辦法，隔離故障區(qū)段，將故障范圍壓縮到最小，減小故障影響范圍，方便轄屬工區(qū)查找故障點(diǎn)。電力工區(qū)可重點(diǎn)巡視容易斷線但不會(huì)引起接地的設(shè)備電桿，如架空線與電纜連接過(guò)渡的電桿、區(qū)間隔離開(kāi)關(guān)桿、耐張桿等。

3 結(jié)語(yǔ)

鐵路10kV電力線路在鐵路運(yùn)輸中起著相當(dāng)重要的作用。貫通線常見(jiàn)故障的產(chǎn)生原因種類多，實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)快速判斷、及時(shí)正確處理，并根據(jù)故障特性提出有效預(yù)防措施是一個(gè)長(zhǎng)期且艱巨的任務(wù)。本文應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)結(jié)合工作實(shí)踐并列舉一些實(shí)際中出現(xiàn)的故障進(jìn)行佐證，對(duì)懷柳鐵路10kV電力貫通線常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，總結(jié)判斷及查找方法。

由于本文篇幅有限，不能一一詳細(xì)記錄和列舉所有發(fā)生過(guò)的故障，只能列舉一些具有代表性的實(shí)例進(jìn)行分析，力求于發(fā)生故障時(shí)能快速正確查找處理，縮短停電時(shí)間，減小因故障停電對(duì)鐵路運(yùn)輸帶來(lái)的影響。并針對(duì)貫通線常發(fā)易發(fā)故障提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以確保安全、穩(wěn)定、可靠供電。懷柳鐵路電氣化開(kāi)通運(yùn)行以來(lái)，以黔城配電所為例，第一年配電所平均每月跳閘高達(dá)十余起。針對(duì)發(fā)生過(guò)的故障進(jìn)行分析并有效采取預(yù)防措施，配電所平均每月跳閘不超過(guò)兩起，證明了本文研究的可行性。