论文部分内容阅读
摘 要：笔者结合多年工作经验，简要介绍了铁路电力设备故障的种类，并对故障产生的原因进行了分析，并针对这些故障提出了相应的解决及防范措施，进而为铁路输配电的安全性及持续性提供保障。
关键词：铁路;电力设备;故障;预防
1变配电及线路设备常见故障类型
1.1输配电线路故障
输配电线路是高低压电缆线路及架空线路的总称。一般而言，输配电线路故障可分为自然破坏、客观存在的外力破坏以及设备本身故障三类。其中，自然故障导致的故障主要是受雨水、暴风、雷击天气的影响，致使电线杆倒塌或线路断裂等;客观存在的外力破坏类故障是指由于配输电线路周围环境出现路面施工、绿化建设、建设房屋等无意间对输配电线路造成了破坏，而致使其出现故障;设备本身故障是指设备内部导线断裂、绝缘子失效及各零件生锈无法正常运转等造成的故障。未对设备进行定期的检修与维护、老化的设备或零件不进行及时的更换等也会引起输配电线路的故障。
1.2变配电设备故障
輸配电线路主要涉及的设备有配电盘、开关箱以及架空和电缆线路等;变配电设备主要有变压器、电流供给设备、高低压控制屏及调压器等。一般情况下，变配电设备的设备故障问题主要有电气故障、机械故障以及综合自动化故障三种。电气故障主要包括放电及声音异常、出现不正常的闪烁、保护拒动或误动等;机械故障主要包括接点晃动、接触不良、控制器失效及零件缺失等;综合自动化类故障是指在运行过程中变配电设备功能异常、性能失常、数值显示不准确等。这三类故障均会致使变配电设备运转失常或是不能正常运转，进而停止供电。
2 10kV线路故障分析
2.1遭受外力破坏故障
架空线路往往均安置于室外，且多为空旷地带，容易遭受外力的破坏，进而导致短路、断路等问题的产生。由于公路上行驶的车辆或是田野中作业的机械与电线杆或者线路发生碰撞而导致线路整体出现短路、电线杆倒塌等状况屡屡发生;在大风或风暴天气，较强的风力会导致较多的物体与线路相交或是相撞，进而导致线路短路等;在污染较为严重的地区，线路表面的绝缘子可能还会受到带电属性的污染物的影响，进而导致线路不能正常进行传输的情况也时有发生。
2.2雷击过电压引起的闪络短路故障
一般情况下，变配电所的贯通线路及外源线路长度都接近两千米，且多分布在小型城镇及偏远农村地区，近四分之一的线路均处于重雷区，但线路配备的防雷设施极为有限，近配备了基础的避雷器，无法有效预防雷电。这就导致在雷雨天气较多的夏季，经常会出现避雷器被击穿，进而导致线路短路，线路的保护系统启动，停止供电。变配电线路中的绝缘子及所配置的避雷器如果被雷电直接击穿，轻者会导致线路故障，严重的会直接发生爆炸。
2.3跌开故障
熔断器的错误使用会导致熔丝熔断、熔管变形等情况的产生，严重的也会产生爆炸，进而致使线路无法正常供电。在本配电所供电范围内的贯通线路上存在众多的跌落式熔断器，且大部分的熔断器的运行时间均超过十年以上，也未进行定期的检修与维护，设备老化严重，经常会出现绝缘失效而导致线路短路的情况。
2.4线路相间短路故障
在强风天气，会致使线路间的弧垂相交，进而导致线路出现短路;碰撞时两线路的绝缘击穿也会造成相间短路。
3变压器常见故障原因分析
3.1线圈绝缘老化
我段所使用的变压器绕组的外包绝缘多使用的是铜制或铝制导线。绝缘等级均达到了A级，与国家规定标准相符，所能承受的最高温度为六十五摄氏度，若运行时的温度长期高于65℃，就会使绝缘材料变得脆弱，并加速其老化速度，当绝缘材料的破坏程度达到一定水平，会导致绝缘击穿，进而导致绕组内部线圈短路。因此，在运行过程中，要严格监控变压器的温度和负荷状况，避免变压器长时间处于超负荷运行状态，延长绝缘体的使用寿命。
3.2变压器油绝缘水平降低
变压器的油位易受天气温度的影响，而一年中大约有三分之一的天气均是雨水潮湿天气，会致使变压器中的油位发生变化，而当变压器中的绝缘油遇到潮湿空气，便会吸收潮湿空气，进而与之相接触的绝缘材料受潮，绝缘能力降低，变压器的传输效率降低，甚至会产生绝缘击穿等事故。
3.3高低压套管损坏
变压器的高低压套管分别放置在箱内和箱外，与地电气较为接近，在电压过大及瓷瓶存在积垢时容易产生闪络。我段使用的变压器多为315kVA以下的小容量变压器，不符合国家标准，且安装配置不合理，所以高低压套管损坏的问题屡屡发生。
3.4转换调压开关的不良
一般情况下，变压器转换调压开关损坏百分之八十的原因都是由于动静触头接触不良。传统的转换调压开关的设置存在一定的问题，使其不能够完全闭合接触，出现此类情况的原因可能是由于分接头转换不灵活，或是变压器的超负荷运行，导致调压转换开关的动静接触头间产生电流，进而致使转换调压开关损坏。
4配电及线路设备常见故障预防措施
4.1配电及线路设备故障采取的措施
安装接故障检测装置。我段管辖范围内的配电所输电线路较多，最多的片区有十条以上，但区域内配电的支线路较少，最少的仅有四条，在变配电室的配电干线或贯通馈出回路安装小电流的接地自动选线装置，对线路中的故障进行排查。将配电所所有的配电回路均安装上接地故障检测装置，当回路中出现单相接地故障时，该装置便会自动发出警报，将故障发生的位置及时、准确的反馈给维修人员，大大提高了故障排查计解决的效率，防止问题进一步扩大，避免非故障线路多次停电，影响线路的使用寿命，为供电的稳定性提供了保障。接地故障检测器可安装于各支路的汇合点处。在线路进行大范围的维修、更换时，在各线路的分支或分段处接入一个开关。我段所管辖范围内的配电线路的安装较为简单，变配电所的电源线路均独立设置，配电出口固定，贯通线路的T接的负载通常都是容量较小的变压器，所以通常仅需使用稳定性较好、绝缘性能较高的隔离开关即可。与此同时，将故障检测器安装于T接处，在产生故障时，不仅可以及时发出警报，而且还能准确定位到故障发生的位置。 4.2配电及线路设备维管采取的措施
4.2.1实行定期检测检修制度
配电设备及线路的检测较为复杂，从电源的开关到变压器的绝缘子再到线路上所配置的避雷措施，要定期对线路及设备进行全方位的检测检修，及时排除安全隐患，延长设备的使用寿命。
4.2.2制定并完善故障（事故）应急预案
定期进行事故排查及修复的培训和操作演练，提高故障排查能力。从故障所导致的后果或影响，能够准确判断出故障发生的位置，并迅速找到其源头。在故障的排查過程中，距离较远的线路中的接地和电缆产生的故障，排查难度是最大的。因此，对这两种故障要采用专门的方法进行排查，其中，接地故障通常使用分段遥测绝缘法进行检测;电缆故障则使用专门的电缆故障检测仪及路径仪等仪器辅助排查。
4.2.3建立健全运管检修制度
建立健全监管维修体系，并制定相应的规章制度及惩戒办法，加强对技术档案的管理和编入，并做好维护工作。其次，加强对设备质量的监管，提高对设备的保护意识，使用科学方法对设备的质量进行评估，良好掌握设备的运行情况，避免突发事故的产生。
4.3天气因素的故障采取的措施
加强对电源线路及贯通线路的维护工作。在风力较强的区域设置线路固定设施;加固雨水频繁地区的杆塔及拉线基础;对于张力较大的地区，结合杆塔的实际情况，在恰当的地方设置耐张杆塔。
增强输配线路的抗雷击能力，弥补线路绝缘缺陷。在成本可控范围内，为贯通线路及长大电源线路更换性能更为稳定的绝缘材料，例如硅橡胶材质的避雷器等。此外，在雷电频发地区及变配电的输出端增设避雷器，并定期对接地电阻的接地引下线和接地极进行定期检测，确保其能良好运行。
4.4外力破坏因素的故障采取的措施
定期对输配电线路的安置环境实行全面检查，构建线路故障数据库，并定期对输配电线路周围环境进行清理。依据自然规律，在树木成长较为旺盛的春季及树木容易脱落的秋季，及时对可能影响输配电的正常进行的树木进行清理;对于可能妨碍电力输送的建筑物或设施，及时与户主进行沟沟通，明确所存在的安全隐患，并协商解决办法。对于在输配电线路周围进行施工的团队，要及时制止;对于安置于交通道路旁的杆塔，要设置相应的警示标示并建立围栏等。及时与当地政府部门进行沟通，建立一套完整的建设体系，并明确各环节的目标及要求，并结合实际情况提出有效的解决方法或预防措施，减低电力事故发生的频率。
结 语
综上所述，铁路电力设备故障的原因具有多样性和复杂性，所牵涉的范围较广，要减少甚至是杜绝电力事故是一项庞大的工程，不但需要从实际操作出发，建立相应的防护设施，同时，也要关注思想理念层面，树立事故防范意识，增强故障识别能力。电力的安全运行是社会经济发展的基础与保障，只有切实保障电力的正常供应，才能为铁路运输提供源源不断的动力支持。
参考文献
[1]吕国民.铁路10kV电力线路雷击故障分析与防雷措施应用[D].中国铁道科学研究院，2016.
[2]赵明乾.基于大数据的电力设备故障分析与诊断的研究[D].华北电力大学（北京），2018.
关键词：铁路;电力设备;故障;预防
1变配电及线路设备常见故障类型
1.1输配电线路故障
输配电线路是高低压电缆线路及架空线路的总称。一般而言，输配电线路故障可分为自然破坏、客观存在的外力破坏以及设备本身故障三类。其中，自然故障导致的故障主要是受雨水、暴风、雷击天气的影响，致使电线杆倒塌或线路断裂等;客观存在的外力破坏类故障是指由于配输电线路周围环境出现路面施工、绿化建设、建设房屋等无意间对输配电线路造成了破坏，而致使其出现故障;设备本身故障是指设备内部导线断裂、绝缘子失效及各零件生锈无法正常运转等造成的故障。未对设备进行定期的检修与维护、老化的设备或零件不进行及时的更换等也会引起输配电线路的故障。
1.2变配电设备故障
輸配电线路主要涉及的设备有配电盘、开关箱以及架空和电缆线路等;变配电设备主要有变压器、电流供给设备、高低压控制屏及调压器等。一般情况下，变配电设备的设备故障问题主要有电气故障、机械故障以及综合自动化故障三种。电气故障主要包括放电及声音异常、出现不正常的闪烁、保护拒动或误动等;机械故障主要包括接点晃动、接触不良、控制器失效及零件缺失等;综合自动化类故障是指在运行过程中变配电设备功能异常、性能失常、数值显示不准确等。这三类故障均会致使变配电设备运转失常或是不能正常运转，进而停止供电。
2 10kV线路故障分析
2.1遭受外力破坏故障
架空线路往往均安置于室外，且多为空旷地带，容易遭受外力的破坏，进而导致短路、断路等问题的产生。由于公路上行驶的车辆或是田野中作业的机械与电线杆或者线路发生碰撞而导致线路整体出现短路、电线杆倒塌等状况屡屡发生;在大风或风暴天气，较强的风力会导致较多的物体与线路相交或是相撞，进而导致线路短路等;在污染较为严重的地区，线路表面的绝缘子可能还会受到带电属性的污染物的影响，进而导致线路不能正常进行传输的情况也时有发生。
2.2雷击过电压引起的闪络短路故障
一般情况下，变配电所的贯通线路及外源线路长度都接近两千米，且多分布在小型城镇及偏远农村地区，近四分之一的线路均处于重雷区，但线路配备的防雷设施极为有限，近配备了基础的避雷器，无法有效预防雷电。这就导致在雷雨天气较多的夏季，经常会出现避雷器被击穿，进而导致线路短路，线路的保护系统启动，停止供电。变配电线路中的绝缘子及所配置的避雷器如果被雷电直接击穿，轻者会导致线路故障，严重的会直接发生爆炸。
2.3跌开故障
熔断器的错误使用会导致熔丝熔断、熔管变形等情况的产生，严重的也会产生爆炸，进而致使线路无法正常供电。在本配电所供电范围内的贯通线路上存在众多的跌落式熔断器，且大部分的熔断器的运行时间均超过十年以上，也未进行定期的检修与维护，设备老化严重，经常会出现绝缘失效而导致线路短路的情况。
2.4线路相间短路故障
在强风天气，会致使线路间的弧垂相交，进而导致线路出现短路;碰撞时两线路的绝缘击穿也会造成相间短路。
3变压器常见故障原因分析
3.1线圈绝缘老化
我段所使用的变压器绕组的外包绝缘多使用的是铜制或铝制导线。绝缘等级均达到了A级，与国家规定标准相符，所能承受的最高温度为六十五摄氏度，若运行时的温度长期高于65℃，就会使绝缘材料变得脆弱，并加速其老化速度，当绝缘材料的破坏程度达到一定水平，会导致绝缘击穿，进而导致绕组内部线圈短路。因此，在运行过程中，要严格监控变压器的温度和负荷状况，避免变压器长时间处于超负荷运行状态，延长绝缘体的使用寿命。
3.2变压器油绝缘水平降低
变压器的油位易受天气温度的影响，而一年中大约有三分之一的天气均是雨水潮湿天气，会致使变压器中的油位发生变化，而当变压器中的绝缘油遇到潮湿空气，便会吸收潮湿空气，进而与之相接触的绝缘材料受潮，绝缘能力降低，变压器的传输效率降低，甚至会产生绝缘击穿等事故。
3.3高低压套管损坏
变压器的高低压套管分别放置在箱内和箱外，与地电气较为接近，在电压过大及瓷瓶存在积垢时容易产生闪络。我段使用的变压器多为315kVA以下的小容量变压器，不符合国家标准，且安装配置不合理，所以高低压套管损坏的问题屡屡发生。
3.4转换调压开关的不良
一般情况下，变压器转换调压开关损坏百分之八十的原因都是由于动静触头接触不良。传统的转换调压开关的设置存在一定的问题，使其不能够完全闭合接触，出现此类情况的原因可能是由于分接头转换不灵活，或是变压器的超负荷运行，导致调压转换开关的动静接触头间产生电流，进而致使转换调压开关损坏。
4配电及线路设备常见故障预防措施
4.1配电及线路设备故障采取的措施
安装接故障检测装置。我段管辖范围内的配电所输电线路较多，最多的片区有十条以上，但区域内配电的支线路较少，最少的仅有四条，在变配电室的配电干线或贯通馈出回路安装小电流的接地自动选线装置，对线路中的故障进行排查。将配电所所有的配电回路均安装上接地故障检测装置，当回路中出现单相接地故障时，该装置便会自动发出警报，将故障发生的位置及时、准确的反馈给维修人员，大大提高了故障排查计解决的效率，防止问题进一步扩大，避免非故障线路多次停电，影响线路的使用寿命，为供电的稳定性提供了保障。接地故障检测器可安装于各支路的汇合点处。在线路进行大范围的维修、更换时，在各线路的分支或分段处接入一个开关。我段所管辖范围内的配电线路的安装较为简单，变配电所的电源线路均独立设置，配电出口固定，贯通线路的T接的负载通常都是容量较小的变压器，所以通常仅需使用稳定性较好、绝缘性能较高的隔离开关即可。与此同时，将故障检测器安装于T接处，在产生故障时，不仅可以及时发出警报，而且还能准确定位到故障发生的位置。 4.2配电及线路设备维管采取的措施
4.2.1实行定期检测检修制度
配电设备及线路的检测较为复杂，从电源的开关到变压器的绝缘子再到线路上所配置的避雷措施，要定期对线路及设备进行全方位的检测检修，及时排除安全隐患，延长设备的使用寿命。
4.2.2制定并完善故障（事故）应急预案
定期进行事故排查及修复的培训和操作演练，提高故障排查能力。从故障所导致的后果或影响，能够准确判断出故障发生的位置，并迅速找到其源头。在故障的排查過程中，距离较远的线路中的接地和电缆产生的故障，排查难度是最大的。因此，对这两种故障要采用专门的方法进行排查，其中，接地故障通常使用分段遥测绝缘法进行检测;电缆故障则使用专门的电缆故障检测仪及路径仪等仪器辅助排查。
4.2.3建立健全运管检修制度
建立健全监管维修体系，并制定相应的规章制度及惩戒办法，加强对技术档案的管理和编入，并做好维护工作。其次，加强对设备质量的监管，提高对设备的保护意识，使用科学方法对设备的质量进行评估，良好掌握设备的运行情况，避免突发事故的产生。
4.3天气因素的故障采取的措施
加强对电源线路及贯通线路的维护工作。在风力较强的区域设置线路固定设施;加固雨水频繁地区的杆塔及拉线基础;对于张力较大的地区，结合杆塔的实际情况，在恰当的地方设置耐张杆塔。
增强输配线路的抗雷击能力，弥补线路绝缘缺陷。在成本可控范围内，为贯通线路及长大电源线路更换性能更为稳定的绝缘材料，例如硅橡胶材质的避雷器等。此外，在雷电频发地区及变配电的输出端增设避雷器，并定期对接地电阻的接地引下线和接地极进行定期检测，确保其能良好运行。
4.4外力破坏因素的故障采取的措施
定期对输配电线路的安置环境实行全面检查，构建线路故障数据库，并定期对输配电线路周围环境进行清理。依据自然规律，在树木成长较为旺盛的春季及树木容易脱落的秋季，及时对可能影响输配电的正常进行的树木进行清理;对于可能妨碍电力输送的建筑物或设施，及时与户主进行沟沟通，明确所存在的安全隐患，并协商解决办法。对于在输配电线路周围进行施工的团队，要及时制止;对于安置于交通道路旁的杆塔，要设置相应的警示标示并建立围栏等。及时与当地政府部门进行沟通，建立一套完整的建设体系，并明确各环节的目标及要求，并结合实际情况提出有效的解决方法或预防措施，减低电力事故发生的频率。
结 语
综上所述，铁路电力设备故障的原因具有多样性和复杂性，所牵涉的范围较广，要减少甚至是杜绝电力事故是一项庞大的工程，不但需要从实际操作出发，建立相应的防护设施，同时，也要关注思想理念层面，树立事故防范意识，增强故障识别能力。电力的安全运行是社会经济发展的基础与保障，只有切实保障电力的正常供应，才能为铁路运输提供源源不断的动力支持。
参考文献
[1]吕国民.铁路10kV电力线路雷击故障分析与防雷措施应用[D].中国铁道科学研究院，2016.
[2]赵明乾.基于大数据的电力设备故障分析与诊断的研究[D].华北电力大学（北京），2018.