提高城际铁路电力10/0.4KV变电所操作电源可靠性的措施探讨

提高城际铁路电力10/0.4KV变电所操作电源可靠性的措施探讨

陈欢

（武汉供电段湖北武汉430040)

摘要：操作电源是城际铁路电力10/0.4KV变电所（简称电力变电所，下同）监控系统能够正常运行的基础，操作电源无电将导致电力变电所监控系统瘫痪，大大降低高铁电力供电可靠性、安全性。《高速铁路电力管理规则》中已将电力变电所操作电源列为一级负荷，可见对操作电源的供电可靠性要求很高。本文对既有城际铁路电力变电所操作电源运行情况及存在的问题进行了分析。针对存在的问题，结合现场实际情况，提出了提高操作电源可靠性的有效措施。该措施主要包括对单电源综合变电所引入第二路操作电源、提高双电源自动切换开关动作可靠性、提高UPS供电可靠性、增加UPS旁路回路及增加相关后台报警功能。

关键词：城际铁路;操作电源;电力变电所;提高;UPS;可靠性

1城际铁路电力变电所操作电源特点及运行情况

城际铁路电力变电所主要包括通信信号变电所和综合变电所两大类。通信信号变电所担负着给铁路信号、通信、防灾等和行车密切相关的重要用电负荷供电，由一级贯通和综合贯通两路电源供电。综合变电所担负着给车站售票、安检、信息、消防、应急照明等重要负荷及车站、维修工区生产、生活用电负荷的供电，分为单电源变电所和双电源变电所。具体操作电源特点及运行情况如下：

1.1通信信号变电所操作电源

通信信号变电所操作电源由所内一级贯通侧低压、综合贯通侧低压各引一路电源经双电源切换开关输入至UPS，由UPS输出给所内监控系统提供操作电源。双电源切换开关输入两路电源（一级、综合贯通）可靠性较高，但受双电源切换开关不可靠动作、UPS故障导致无输出因素的影响，降低了操作电源可靠性。

1.2双电源综合变电所操作电源

双电源综合变电所两路电源大多接引于相邻配电所的馈出线，少数接引于两路地方T接电源（如黄石北综合变电所）。双电源综合变电所操作电源由所内两路低压各引一路电源经双电源切换开关输入至UPS，由UPS输出给所内提供操作电源。双电源切换开关输入两路电源可靠性相对较高，但受双电源切换开关不可靠动作、UPS故障导致无输出的因素影响，降低了操作电源可靠性。

1.3单电源综合变电所操作电源

城际铁路中间车站（两配电所之间的车站）较多，目前武咸、武石、武冈城际中间车站综合变电所绝大多数只有地方一路电源T接供电。武咸城际单电源综合变电所操作电源取自于该车站通信信号变电所UPS监控柜操作电源馈出，可靠性与通信信号变电所操作电源一样。武石、武冈城际所内操作电源取自本所内一路低压馈出输入至UPS，由UPS输出为所内提供操作电源。该操作电源可靠性不高。一方面是由于T接电源非专盘专线，该电源计划停电及非计划临时停电次数较多、停电时间一般较长，较大地降低了操作电源的可靠性。另一方面因UPS故障导致无输出也降低了操作电源可靠性。该操作电源供电系统图见图1。

图1.单电源综合变电所操作电源供电系统图

1.4既有城际铁路电力变电所操作电源运行情况及存在的问题：

武咸城际通信信号变电所、综合变电所操作电源可靠性主要受所内UPS运行状况影响，若UPS故障无输出将导致所内操作电源失电，远动监控系统失效。武石、武冈城际通信信号变电所及双电源综合变电所操作电源运行情况和武咸城际差不多。武石、武冈城际单电源综合变电所操作电源只有地方一路T接电源经UPS供电。地方电源停电次数相对较多、停电时间一般较长，地方电源停电后，该类综合变电所操作电源只能靠UPS供电。一旦UPS因故障无输出将造成操作电源失电。该类综合变电所UPS设计备用时间为4小时，实际备用时间比设计少得多。一旦地方电源停电时间超过UPS备用时间，UPS将因为蓄电池电量亏损而关机，造成操作电源失电，该类故障大量发生。从运行情况来看，城际铁路电力变电所已发生多起因UPS故障、烧损导致操作电源无电的故障。UPS故障主要有三方面原因：一是UPS自身质量不高，二是UPS维护保养不到位，三是UPS监控柜内无温控设备、UPS长期高温运行。少数双电源切换开关由于控制器问题（死机或其它故障）导致不能自动切换造成操作电源失电故障，该问题属控制器自身质量问题。

2提高城际铁路电力变电所操作电源可靠性的措施探讨

2.1影响操作电源可靠性的因素分析

从以上城际铁路操作电源特点及运行情况可以分析出影响操作电源可靠性主要包括以下四方面因素：

1、操作电源的进线电源可靠性。即进线为单电源还是两路电源。

2、双电源自动切换装置动作的可靠性。双电源自动切换开关能否按要求可靠动作。

3、UPS、蓄电池的运行质量。UPS能否稳定、可靠运行，UPS、蓄电池的使用寿命。

4、UPS故障无输出后的有无旁路回路继续为操作电源供电。

2.2提高城际铁路电力变电所操作电源可靠性的措施探讨

2.2.1对单电源综合变电所引入第二路操作电源

对单电源综合变电所可以从该站通信信号变电所综合贯通侧备用低压馈出回路接引一路操作电源。在既有UPS监控柜上加装双电源自动切换开关，将综合贯通低压电源作为主用电源、综合变电所低压电源作为备用电源，双切输出端接引至UPS。考虑到部分车站无线缆敷设通道或线缆敷设工作量大、难度大、成本高，对该类处所可考虑从综合变电所附近车站双电源配电箱接引综合贯通电源。综合变电所操作电源负荷不大，不超过2KVA。从车站双电源配电箱综合贯通电源输入端并接一路电源至综合变电所UPS监控柜。双电源切换开关应选择运行可靠、质量高的产品。也可自行制作双电源切换盘，以降低改造成本。

2.2.2提高双电源自动切换开关的动作可靠性

对所有电力变电所的双电源切换开关进行切换试验，试验其能否自动投切，对存在问题的开关进行维修或更换，确保双电源切换开关能够可靠动作。每月结合设备巡视对双切开关进行一次检查，重点检查控制器运行状态是否正常，每半年对双切开关进行一次切换试验。

2.2.3提高UPS运行质量

1、对所有UPS进行检查、试验，检查UPS运行状态是否良好，检查蓄电池是否良好、测量每块蓄电池的端电压是否在正常范围内。试验UPS在输入电源失电情况下逆变输出是否正常，检查蓄电池组的放电能力是否能达到要求。对状态不良的UPS、蓄电池进行更换。

2、加强对UPS、蓄电池的维护、保养。UPS透气网格积灰，影响UPS散热，容易造成UPS内部温度过高，造成一些电子元器件烧损，进而引发UPS故障。建议每半年对UPS进行一次清灰，用吸尘器将UPS箱体、蓄电池外壳、及UPS监控柜内灰尘吸除掉，使UPS运行在清洁的环境中，进而提高UPS的使用寿命。

3、改善UPS监控柜内设备运行环境。既有UPS监控柜内无温控设备，而柜内的UPS等设备在运行中会产生热量，而这些热量无法有效散发，尤其是在夏季高温天气下，会造成UPS、蓄电池温度过高，影响UPS、蓄电池使用寿命、甚至造成UPS烧损。为此特提出以下措施：

（1）对电力变电所内温控设备进行检查，对有问题的温控设备进行处理，确保状态良好，以保障所内设备运行在合适温度环境中。

（2）改善UPS监控柜散热条件，在UPS散热风扇出风口对应低压柜柜门上开通风孔并安装风扇，在UPS监控柜内安装温度控制器和温度传感器。当柜内温度达到设定温度时，温控器启动风扇给柜内设备降温。

4、加强对蓄电池的检查、保养。每月结合设备巡视对蓄电池进行检查，对蓄电池外壳进行清扫，对每块蓄电池的端电压进行测量，对不合格的蓄电池进行更换。蓄电池若长期处在浮充状态而不放电，影响蓄电池性能和使用寿命。建议至少每半年将UPS输入电源断开，由UPS使用蓄电池逆变供电一次。

5、针对既有UPS故障率高的问题，在条件允许下，逐步将既有UPS更换为质量高、运行可靠的UPS，以确保UPS供电的可靠性。

2.2.4增加UPS旁路回路及增加相关后台报警功能

既有电力变电所操作电源取自UPS输出，UPS故障无输出时会直接导致操作电源失电。为确保操作电源持续不间断供电需增加UPS旁路回路如下图所示：

图2.UPS增加旁路回路及报警回路图

在该图中，双电源切换开关输出电源正常后黄色指示灯亮，若双切输出无电则发“双切输出无电”报警信号给电力远动监控系统，提醒运行人员及时对该故障进行处理，避免因UPS长时间由电池供电而因电量亏损关机。UPS正常工作时，KM1接触器吸合，红灯亮指示UPS输出正常，由UPS输出为电力变电所监控系统提供电源。当UPS故障时，KM1接触器断开，红灯灭，同时向后台发“UPS退出”报警信号，此时若双切输出有电，KM2接触器吸合，UPS旁路回路投入运行继续为所内监控系统提供电源，绿灯亮指示UPS旁路投入，同时向后台发“UPS旁路投入”提醒信号。

3结论

目前，随着城际铁路线路的大量开通运营，城际铁路电力从业人员将面临更加严峻的管辖设备多、人员少的问题，因而电力远动监控系统将起到越来越重要的作用。运用远动监控系统对设备实时监控，给运行管理人员提供有力帮助，设备故障时能够快速切除故障设备，恢复非故障设备供电。操作电源是远动监控系统发挥作用的基础。在今后城际铁路电力变电所的建设中要充分考虑操作电源的可靠性问题，从源头上提高操作电源的可靠性。对于综合变电所也应考虑接引两路操作电源。在操作电源相关设备选型上应尽量选用大品牌、质量高、运行可靠的产品，实际上该部分增加的投资并不多，但能够大大提高操作电源可靠性，也大大降低了今后的维护成本。对UPS应设置旁路回路并具有向远动发后台报警信号功能。对于设备管理单位，在接收UPS监控柜前，要对相关设备进行仔细检查和进行相关试验、测试，确保设备性能达到相关要求。对于既有操作电源可靠性不高的处所可按上述提高操作电源可靠性的措施纳入计划逐步进行整治。

参考文献：

〔1〕铁道部劳动和卫生司，铁道部运输局.高速铁路电力维修岗位.北京：中国铁道出版社，2012.9.

〔2〕《高速铁路电力管理规则》（TG/GD109-2015）

〔3〕刘福生.变电站操作电源的可靠性探讨.河北能源职业技术学院学报，2009年01期.