單線區段供電電源結合部問題的分析及改進措施

丁慶懷 中國鐵路上海局集團有限公司合肥電務段

2019年2月10日瓜形站22:50:58、22:50:59兩路電先后斷電，2月11日1：20左右，供電部門應急人員將I路電源斷路器推上、II路電源斷路器重新拉合后，1:23兩路電源同時恢復供電。

從微機監測調閱分析，瓜形站外電網I路電源電壓最低下降到112 V。由于外電網電壓下降嚴重，電源屏穩壓模塊處于極端穩壓狀態，需要吸收大的電流來獲取穩定的輸出，在電壓突變的過程中產生電流的突變，這是正常的穩壓過程，從下圖的電流明顯滯后電壓可以看出來因果關系，此時I路瞬態電流為79 A，持續時間 80 ms（見圖 1）。

圖1 微機監測顯示情況

此類電源故障在我段管內發生較多次，給正常的安全生產帶來了諸多影響。因此結合此次故障，我對管內阜六線、廬銅線、合九線三條類似供電方式的單線區段進行深入調查，具體分析結果如下。

1 電源布局、供電方式、三相負載分配情況

1.1 阜六線

阜六線10站電源為三相電四線制供電模式，一路貫通電源，二路為地方電源。電源屏三相負載均實現分相懸掛，負載主要使用A相，其次是B相和C相，具體見表1所示。

表1 阜六線各站負載電流情況

1.2 廬銅線

六個站全部使用三項四線制供電模式。經對2019年1至3月份監測數據分析，通過對電流分析，單相電中，A、B項基本平衡，最大在10 A左右、最小在9.3 A、平均為9.7 A，C項電流偏大，最大達到14 A左右、最小在9.8 A、平均為10 A，三相電流基本平衡。

1.3 合九線

合九線共7站為三相四線制供電，一路貫通電源，二路為地方電源，三相負載電流基本平衡。12站為單相供電，信號電源屏內部均采用單相工作，負載電流情況如表2所示。

表2 合九線12個站各項負載電流情況

2 供電電源波動及停電統計

2.1 供電電源波動情況統計

（1）阜六線。單項電壓波動最大245 V、最小201 V、平均228 V，普遍略高于標準值。

（2）廬銅線。單項電壓波動最大243 V、最小234 V、平均238 V，線間電壓波動最大429 V、最小417 V、平均423 V。

（3）合九線。通過統計發現無論是單相供電還是三相供電，該線電壓波動頻繁，范圍較大，各站相位差調整不一，部分站場不符合標準。

2.2 供電電源停電轉換情況統計

（1）阜六線。2019年1至3月份阜六線10站發生外電網輸入斷電斷相次數23次，2018年全年共發生69次，主要表現在南照、臨水鎮和馮井站。

（2）廬銅線。該線2018年11月份開通，僅統計2019年1至3月份，該線停電次數相對頻繁，其中龍橋站、洪巷最為突出，襄安和無為南站存在II路瞬間停電的情況。

（3）合九線。合九線停電次數很頻繁，特別是I路電源，其中范崗和楊樹店表現最為突出，具體情況如表3所示。

表3 合九線停電情況統計

3 斷路器類型及容量配置情況

（1）阜六線。電務電源引入防雷箱采用南非液壓型帶延時功能的斷路器，容量主要是100 A和80 A。阜六線信號防雷箱斷路器容量均大于電力斷路器容量，電力與信號斷路器容量是不匹配的，基本情況如表4所示。

表4 阜六線斷路器開關容量情況

表5 合九線斷路器開關容量情況

（2）廬銅線。電源引入防雷箱采用西門子的3VT型斷路器，各站空開容量是80 A，電力空開除龍橋和無為南使用的是125 A，其余四個站為80 A。廬銅線線信號防雷箱斷路器容量與電力斷路器容量基本匹配。

（3）合九線。合九線電務電源引入防雷箱早期站場主要采用南非液壓帶延時功能的斷路器，容量主要有80 A、60 A、50 A等，后期改造主要采用西門子3VT型斷路器。

從統計情況來看，合九線有四站存在電力斷路器小于電源防雷箱斷路器，具體情況如表5所示。

4 外電網電壓波動對信號設備的影響

（1）外電網變化對信號設備能夠造成影響的主要有：外電壓波動，相序相位變化，三相電源缺相或欠壓、過壓及電務共用中性線。這些問題均有可能產生異常的電壓波動超過電源屏切換范圍，導致電源切換；且當電源存在相位差時，在轉換瞬間會對電源屏造成較大沖擊。

（2）當外電網兩路電相位差較大時會造成兩路電兩相之間的壓差變大，即兩路電之間的相位差在00～1800之間，相位差越小，壓差越小，相位差越大，壓差越大，當兩路電之間的壓差在1800時，兩路電之間的電壓會達到440 V，在電源屏轉換時因電壓的變化范圍很大，造成的沖擊也就很大，也主要表現在無觸點穩壓原理的電源屏。現在供電部門采用多路高壓協調供電，故高壓存在不確定性，造成供電的低壓端也存在不確定性，電源屏輸入兩路電之間的電壓差也就無法有效進行調整。

（3）電力高壓相位差不能同步問題較難解決，這是我們國家電網目前未能做到的。目前需要電力將高壓的相位差盡量調整到最小，使得終端信號電源的相位差能夠有效的調整至最小，若終端相位差調整到位后，若多路高壓有較大偏差，信號終端處無法進行有效調整。

（4）當發生大電流沖擊時，信號斷路器容量大于電力斷路器容量時會造成電力斷路器率先跳閘，從而導致兩路電源全部停止供電的情況，影響全站信號設備使用。

當信號斷路器、電力斷路器容量一樣大時，由于電力斷路器部分未采用帶延時功能的斷路器，外電網電壓波動或瞬間大電流沖擊同樣也會造成著電力斷路器先斷開。

5 電源供電結合部問題解決措施及建議

（1）供電和信號部門組織一次全面的排查，將相位差較大的車站，要求供電部門將電力高壓接入施工時把每相間的相位差調制最小，減小對電源轉換造成的沖擊。

（2）信號電源在招標時盡量避免使用無觸點穩壓器，對既有的線無觸點穩壓方式應盡量安排大修改造。

（3）按鐵總工電[2018]220號《鐵路信號電源系統設備暫行技術規范》中，對新建站場均采用集中式UPS進行供電。

（4）協同電源屏廠家及設計單位，改進信號電源屏，將零線納入到切換電路當中，使得外電網零線不良能夠有效被監測。

（5）協調供電設計和信號設計，合理冗余，科學對接，避免出現電力斷路器容量小于信號斷路器容量。

6 結束語

解決電源結合部問題必須從源頭卡控，從工程設計開始就要對外部環境、設備性能、冗余容錯等各方面進行調查研究。對于已經營運的供電、信號電源設備，需要維護人員熟練掌握其技術參數及運作原理，以便保證電源設備穩定，減少故障發生。