铁路10kV架空电力线路故障特性与预防措施的研究

邓永存

（中国铁路上海局集团有限公司徐州供电段）

0 引言

铁路10kV架空电力线路是铁路供电系统重要的一部分，关系到铁路运输的安全性。由于10kV架空电力线路长期运行于多样的自然环境中，而且具有较大的长度，在实际运行中10kV架空电力线路很容易出现故障，进而产生不同程度的影响。因此做好10kV架空电力线路常见故障特性的分析及安全预防工作，对于保障10kV架空线路运行的稳定性尤为重要。

1 铁路10kV架空电力线路常见故障特性的分析

铁路10kV架空电力线路最为常见的故障为短路故障和断路故障，而短路故障又是铁路10kV架空线路出现最多、影响最为严重的故障。当铁路10kV架空电力线路中不同电位的两点被导体短接起来，或者出现绝缘击穿的情况时，会影响到铁路10kV架空电力线路运行的正常性，进而导致短路故障的发生。当10kV架空电力线路发生断路故障时，将会呈现出回路不通的情况。断路将会出现一番过电压现象，在断路点产生电弧，甚至会因此引发电气火灾或者爆炸事故。一方面在三相电路中产生一相断路故障，另一方面影响到三相电路的对称性，将会改变电压，提高相电压，引发故障问题。根据铁路10kV架空电力线路现场发生故障的情况，对其进行故障特性分析。

1.1 杆塔倒塌导致的故障

铁路10kV架空电力线路利用的杆塔的最大耐受风力为25m／s，此指标可抵御10级以内的台风。然而，因为供电线路使用时间比较长，杆塔老化较快，而且一开始也没有按规定标准进行建设，将会导致塔基不稳固或埋深不足，极易发生杆塔坍塌，而且在风力比较大的地方，也很容易发生杆塔倒塌的事故［1］。同时，一些机动车辆违章驾驶，或是架空线路下方的施工机械在作业时没有注意到10kV架空电力线路而碰撞电杆，造成电杆倾斜或断裂，导致杆塔倒塌事故，进而导致短路故障的发生。

1.2 雷击影响导致的故障

雷电是一种自然界常见的现象，自然雷电可以在瞬间产生强电路，将会破坏架空线路，影响到电网运行的稳定性。雷击线路之后将会引发线路跳闸，尤其在雷雨季这一问题的发生率比较高，铁路10kV架空电力线路雷击事故通常是发生在偏僻地区，因为市区铁路架空线路周围的建筑物设置了避雷设备，进而降低了雷击问题的发生率。一些既有铁路架空线路地处丘陵和平原地带，这样铁路10kV架空电力线路可能会成为该地区的最高点，在出现雷电之后，将会形成雷击电流通道。因为雷击瞬间电流和电压比较大，很容易引发相互弧光短路和对地绝缘击穿，引发接地相间短路。

1.3 鸟巢或异物导致的故障

每年春季，铁路10kV架空电力线路上搭建鸟巢的现象较为严重，鸟类大都选择在架空线路的终端杆、耐张杆、隔离开关杆处搭建鸟巢。在鸟巢中常夹带有铁丝，夹带的铁丝容易触及电力线路不同的两相而发生两相短路（如图1所示）。在大风天气中，鸟巢中的铁丝被风吹至不当的两相电路上，也极易发生两相短路，导致线路跳闸。另外，沿线居民在架空线路附近放风筝或人为向空中抛物而落在导线上，也将容易造成线路短路或接地，进而引起线路开关保护动作跳闸。

图1 鸟巢或异物导致的两相短路故障示意图

1.4 侵线树木导致的故障

由于铁路10kV架空线路的运行环境多样，大部分架空线路在田野、郊区、丘陵或是平原穿行，工作人员并没有对这些树木可能对线路造成的危害进行准确的理解，不够重视树木的清理工作，进而无法消除树木的负面干扰，对线路的正常运营造成了影响。此外，还会受到外部恶劣气候的影响，在强风的时候，会有一些树枝被折断而掉到了电线上面，从而引起电线被压坏，造成接地故障［2］。在长期的持续运行过程中，电力设备运行管理人员并没有对其进行维修和保养，或者是没有按照有关的标准来进行维修和保养工作，甚至在某些工作人员的工作中出现了一些不合理的行为，这些行为都会对线路的正常运行产生一定的影响，提高各种故障的发生率。树木碰触到导线导致的单相接地故障如图2所示。

图2 树木碰触到导线导致的单相接地故障示意图

2 铁路10kV架空电力线路常见故障的安全预防措施

2.1 加强对配电线路的检查和维护

首先要对当地的天气、地貌进行详细的考察，以防止在恶劣环境下进行输电线路的施工，同时要提高输电线路的力学性能，可以选择那些不容易被冰冻的绝缘体，再刷一层防水性好的油漆。铁路供电部门应该根据不同区域电力线路的具体情况，合理地制定电力线路维修计划，只有在这种情况下，才可以对铁路输电线路进行定期的检测，从而可以及时地发现并解决输电线路的安全问题，做到预防于未然。在一些降雨比较多的地区中，铁路供电部门要对洪水冲泡区的输电线路和输电设备展开统计和调查，只有在这种情况下，才可以更快地对存在安全隐患的区域展开相应的应对措施，在出现不同的状况时，可以采取紧急应对措施［3］。对铁路线路杆塔进行经常性的检测，对不稳定的杆塔要适时的添加拉线或进行加固，新建杆塔必须严格按设计要求进行施工。在巡查线路时，要加大巡查次数，做好应对不利气候条件的防范工作，并注意地面状况的改变。如果遇到暴雨或者其他恶劣天气，要缩短巡视周期或采取专项巡视，一旦发生故障，即可采取解决措施。

2.2 采取有效的防雷措施

在新建或者是改建电力设备的时候，要按照相关的要求，设置避雷器、避雷针等防雷装置，并且要在这些装置的使用过程中，对容易受到雷击的地方进行统计，并对避雷装置的安装方案进行相应的调整。对易发生雷电的路段，应进行防雷改造，并相应提高最高限值。为改善现有防雷设施的抗雷害性能，对现有防雷设施进行了测试。在雷雨季到来前，应对防雷设施进行全面的检测，对不能正常使用的防雷设施进行校正或替换，如有需要，应将其接地电阻减小。由于没有可引雷的巨大建筑，闪电常常在开阔地带出现，为了防止电闪雷鸣带来的破坏，应在电缆终端杆设置氧化锌避雷器。目前，我国铁道部门已经研制出了一种新型的用于输电线路的雷电防护装置，它主要包括三个部件：引弧电极、氧化锌避雷器主体以及支承横担，其中横担能在导线和防雷体间维持一定的空隙，因此能有效地提高防雷设备的寿命。同时，还可以对自然条件进行充分的利用，设定接地电阻，这样就可以让避雷装置对工频电弧的流动进行阻挡，从而减少出现雷击跳闸现象的概率［4］。另外，也可使用具有可调式连接支柱的故障保护设备，这种设备可以在某种程度上实现对10kV架空线路的保护，但是其安装需要操作人员具有较高的技术水平。在金属氧化物避雷器之前，每隔200m布设一套避雷器，可大幅降低电网遭受雷击的概率，降幅可达到81%。在架空变台、耐张杆、直线杆、高压线路交叉跨越杆处以及其他绝缘比较薄弱的部位设置相似的保护装置，也能对线路产生较好的保护作用，安装密度为200～300m。

2.3 加强防范鸟类危害

针对电力线路因鸟巢搭建而导致的故障，铁路供电部门还要分析鸟类筑巢的时间，提出合适的对策。在鸟筑巢的主要危害地区，要做好巡查工作，在第一时间将鸟窝进行清理，并在原地将筑窝的材料进行处理，防止架空电力线路遭受严重破坏［5］。

2.4 防范树木负面影响

针对沿线侵线树木导致的故障，铁路供电部门要根据树木产生的负面影响，合理选择砍伐、拔苗等处置方法，从实质上减少对架空线路造成的影响。铁路供电部门应该展开一次综合的实地调查，根据调查成果，制定出一份完整的危树砍伐方案，并将其交给专门的工作人员，让他们做好砍伐工作，同时与当地政府、林业部门做好协调工作，争取获得最大程度的政策支持，将各种危险树木尽快清理掉。要将其与现实情况相联系，制定出一套专门的资金治理体系和管理方法，对危树处理资金进行有效的控制，保证方案能够得到及时的落实并发挥出最大的作用。

2.5 其他措施

对于铁路供电部门来说，检修人员要严格按照操作规程的要求，认真执行定期巡查的制度，认真对待工作，做到不漏巡、不漏报，要及时发现并上报输电设备中的问题。对于那些不符合标准的电气设备，要果断地淘汰，确保所有接入铁路10kV架空电力线路的电气设备手续齐全，质量合格。员工教育要以生产实践为导向，重点培养员工的岗位技能、对异常状况的分析与判定以及对故障发展的预测与评价。铁路10kV架空电力线路中，在新设备、新技术的持续普及和应用过程中，要对新设备、新技术的原理、性能等理论知识进行强化，推行标准化操作，对员工的作业流程和操作行为进行规范，对生产操作的随意性、盲目性进行有效管控，降低安全隐患发生率。另外，铁路供电部门要时刻关注管辖范围内每条10kV架空电力线路的负载状况，并对线路负载进行适当的调节，禁止过载操作。在负载最大时，利用红外热像仪对电线接头的温度进行检测，发现有异常时，应及时采取措施，防止电线因高温而被烧断。定期对电杆驳接口、铁塔和配变台架进行除锈上油，并强化对杆塔和金属的保护，以提升10kV架空线路的安全性。当10kV架空线路出现跳闸现象，可以迅速找出跳闸位置并进行处理，从而减少事故的危害［6］。

3 结束语

本文主要对铁路10kV架空电力线路常见的故障特性进行了分析，并且提出针对性的安全预防措施，对于实际工作起到参考作用，保障铁路10kV架空电力线路运行的稳定性，降低故障问题发生率。