高铁电力供配电故障分析解决方案

随着铁路运营里程的持续增加, 随之而来的安全、运维压力也持续增大。本文针对管内的高速铁路电力供配电运行的典型故障, 深入分析设备故障原因, 并提供相应的对策。

高速铁路电力供配电是由公共电网、发电厂、变电站、输配电线路等作为外部电源的, 外部电源由专盘专线引入铁路变、配电所,^[1]馈线馈出至高速铁路 (客专) 电力贯通线 (综合贯通) 、自动闭塞线路 (一级贯通) 。主要给火车站、信号、通信等铁路负荷供电。电力变、配电所大多设在车站附近, 为自闭线 (一级贯通) , 贯通线 (综合贯通) 和车站供电。电力贯通线 (综合贯通) 为分布在铁路变、配电所之间的铁路用电负荷输送电能。自动闭塞线路 (一级贯通) 为分布在铁路变、配电所之间的自动闭塞区段信号设备输送电能。高铁电力供配电是铁路部门自行管理的, 主要为高速铁路 (客专) 用电负荷供电。

近年来新建高铁客专逐年增多, 从最初的宁沪杭、宁杭甬到宁安、宁启再到杭黄, 青盐。电缆线路里程成倍增加。近年来电缆中间头故障频发, 影响供电稳定性。仅8月, 集团公司管内就发生电力电缆中间头损坏故障10件。究其原因, 一是冷缩式电缆中间接头施工制作工艺不满足标准, 长时间运行的水汽进入, 造成电缆中间头放电、击穿、烧损。二是电缆铺设时施工不规范, 造成电缆外皮磨损, 引起电缆铠装层接地, 与既有接地点形成环流, 长期运行电缆发热、绝缘下降、最终被击穿。三是中性点不接地方式接地电容电流较大, 在电缆故障发生单点单相接地故障时不接地系统中故障线路带病运行, 非故障相电压升高, 且电压连续波动, 加速了非故障相电缆的绝缘老化, 电缆线路剩余中间头绝缘薄弱点被击穿, 扩大故障范围。

三相不平衡故障发生的多是由于前期电气施工时负荷的不合理分配。首先, 施工人员素质参差不齐, 没有平衡负荷的相关知识, 在进行电气施工时无法有意识去平衡三相负荷;同时, 新建线路赶工期、抢开通情况较多, 电气施工也就更加随意。其次, 铁路配电所负荷分配中虽然区分动力和照明, 但在实际使用时多为单相负荷, 这样造成实际用电效率低, 进一步加剧了三相负荷的不平衡状况。

也有一部分三相不平衡故障, 在设备投运一段时间后才能凸显, 也多是由于新增设备施工不规范, 私自改变容量或改造线路导致运行中出现故障等。例如:管内某新建综合工区空调连续烧坏, 房建检查发现电压不正常, 怀疑电源问题, 经供电部门现场检查确认, 发现线电压正常, 相电压异常, N线带电。

全面检查所内设备, 发现综合所变压器 (Dyn11) 中性点接地为虚接, 对地电阻很大, 等效于中性点未接地。在前期运行过程中由于各单位均在搬迁, 实际用电负荷并不大, 未发生明显电压变化。后期新增综合工区食堂接电施工不规范, 由于食堂负荷大, 造成变压器三相不平衡运行, 且综合所变压器中性点虚接地, 持续运行造成综合所变压器中性点发生飘移, 引起电压不正常变化, 造成设备损坏。

二次回路故障发生的多是由于前期施工阶段或者设备联调联试过程中接线错误。例如:管内某综合变电所低压设备故障, 远动报文显示综合变电所电源一低压受电总开关3-1报非远动分, 同时3-1侧所有低压开关报非远动分。查看复视显示3-1开关在分位, 综合变电所一段母线上显示电压正常。供电调度通知工区前往查看。

现场检查确认3-1低压开关、3-11低压开关、3-3低压母联开关在分位, 4-1低压开关在合位。高压开关均在合位并显示电压正常。供电调度要求现场当地闭合3-1开关, 现场合闸不成功, 进一步检查发现有施工临时接电。取消临时接电后, 复位开关, 合闸成功。3-1侧所有低压开关同时报“ (开关动作) 非远动操作->分”“断路器控制方式->当地”原因仍未查明。

全面检查所内设备, 发现二次接线存在问题:3-1侧所有低压柜电测表工作电源接引不当 (与测量电压回路一并接引自该低压柜馈出开关出线侧) , 当3-1断开造成3-1侧所有低压回路电测表工作电源同时失电, 按故障导向安全的原则, 发出“ (开关动作) 非远动分”的警示。

随着科技的日益进步, 使用科技手段提高效率成为大趋势, 铁路近年来也上新了许多在线监测设备, 但是这些设备现场实际运用后发生故障的概率比较高。一是施工质量不可靠, 例如烟感、门禁报警等由于施工质量问题采集不到真实信号造成误报警在新线初期频繁发生;二是设备质量不可靠, 如SF6在线监测、温度在线监测等故障频发。由于现场设备的不稳定导致电调主站大量频繁接收到异常监测信息, 给调度判断带来干扰。影响故障处置的效率。

在今后的新线建设中要从源头上控制, 从设计源头进行充分考虑, 在电缆连接时采用电缆接头箱等形式, 避免电缆中间头的存在, 并尽量减少接头的数量。对于长大电缆线路, 中间一定要设置隔离开关箱, 便于电缆的分段查找和探测。

电缆馈出回路增设零序电流互感器, 增设小电流选线装置, 对零序电流保护定值进行调整, 及时判明电缆故障类型、自动切断故障电缆, 防止故障范围扩大。

完善电缆中间头台账和现场的位置标识, 并动态更新, 可以帮组快速地找到故障点, 减少故障处置时间。

在新线介入期间, 统筹安排人员, 全过程参与施工安装, 对不按规范施工的行为, 及时提出并要求整改。根据实际情况制定盯控项点, 现场介入过程落实专人记录, 并拍照留存, 防止安装过程中有三相负荷不平衡、二次线破损、折断等隐患, 造成后期设备运行故障。

在进行新线设备交接试验、远动调试过程中, 一律要求从设备本体进行触发, 并对接线端子标号进行核查确认, 以防止发生接线错乱问题造成故障。交接试验和调试之后, 安排对所有二次回路端子进行平推紧固, 防止由于试验、调试拆卸端子恢复不到位引发故障。

新线验收投运后, 要盯控设备运行, 加强设备管理, 梳理管内设备情况, 通过日常计划巡视、检修, 做好设备的动态管理。对设备状态发生的变化要做好风险评估和应急准备。在设备状态发生变化时及时处理, 拒绝拖时间、等等看。对私自改变设备运行环境, 运行条件的行为及时制止, 做好沟通协调, 必要时上报上级部门协调处理。

结合现场设备运行情况, 通过研究管内高速铁路电力供配电运行的故障情况, 总结分析了高速铁路电力供配电设备倾向性、典型性问题, 并针对不同的问题探讨了相应的改进措施。进一步指导后期运行维护、应急处置工作, 降低故障发生几率, 提高高速铁路电力供配电设备运营可靠性。