供电段范文

导语：如何才能写好一篇供电段，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【论文摘要】通过结合国内牵引供电综合自动化现场教学需求，根据实际工程项目提出并设计了一种适合供电段操作和运行维护人员的教学培训系统，该方案软硬件结合，具有投资低，便于学员快速入门上岗，也便于升级换代的特点。

1引言

随着铁路大规模提速，东南沿海主要千线正在逐步实现电气化，牵引变电站基本采用了最新的综合自动化技术，对于新建供电段和既有旧的电气化线路，对值班和运行维护及管理人员都提出了较高的专业供电技能要求，采用以往的课堂教学模式难以直观对学员进行系统培训，同时由于现场设备都在投运状态，无法满足学员的操控需求。借鉴国内国际经验，采用全仿真模拟教学软件进行教学已经在飞行员、机车司机等职业培训领域得到推广，但该类系统投资巨大，对学员文化和专业基础要求高，难于适应基层站段人员的应用需求。

因此，有必要采用全新的综合自动化教学培训方式对学员进行仿真培训。设计的教学培训系统首先要直观，便于学员操作，尽量与现场应用模式保持一致，这样通过教学培训可快速满足岗位上岗要求，能很快适应现场的工作，安到厕利地完成操作维护任务。同时也要利用 计算 机 网络 和流行的多媒体教学的手段，加速学员的知识培养和动手操作，从设备内部熟悉系统的工作原理和掌握故障排查方法。

2设计原则

为实现基层运行人员快速熟悉和掌握现场综合自动化的目标，充分利用软硬件资源，按典型牵引变电所进行设备配置，一次设备全部采用模拟方式，主变和电容等一次设备可在现场进行知识讲解，断路器和隔离开关为保证操作的直观性，需要配备模拟机构。wWw.133229.COM由于电站设备的备用设计，可按半个牵引变电站进行硬件系统配置，实际操控完全满足全站的操作要求，对于备用电源自投，可采用软件模拟方式进行培训教学。考虑到需要进行保护模拟和测量模拟，需要外配电压电流源，通过其调节可直观进行保护试验和测量观察。

系统构筑一台服务器，通过服务器对保护测控设备进行操作，通过服务器建立基于tcp/ip协议的局域网，配置一定数量的学员机，使资源得到共享，每台学员机都可通过服务器抢占控制权，对保护测控设备进行操作，当不操作设备时，每台学员机可进入仿真环境进行仿真模拟培训。

模拟培训软件采用先进实用的计算机应用软件，对电气化铁路综合自动化系统的牵引供电原理、保护原理、所内实际操作演练、故障模拟、工程应用等进行教学，同时能够软件模拟正常状态下的倒闸作业以及事故状态下的处理手段，同时系统配置评价考核子系统，具备丰富的实用题库，可对学习效果进行基本评估，以确认学员的学习能力和检验学员的知识掌握程度，为保证现场设备运行安全提供人力资源保证。

牵引供电培训系统由保护测控盘、机构及故障模拟盘、电压电流源、控制台、联网微机和服务器组成。组网采用星型高速以太网连接，保证多媒体信息量带宽要求。全部采用多媒体电脑，具有先进的多媒体教学功能。硬件系统的配置将保证系统有足够的冗余度，云博机的内存、cpu时间和硬盘空间均应保证有40%以上的余量。

3牵引供电综合自动化教学仿真系统组网方案

教学培训系统组网示意图如下:

4培训系统主要功能

4.1教学部分

采用组网微机进行系统模拟操作和仿真培训。系统正常工作时只有一台主机可对保护测控盘进行操作，当该机操作时，其他 计算 机无法登陆进行保护侧控盘操作，只能进行仿真模拟操作，当无主机对保护侧控盘操作时，每台计算机都可抢占主机地位，对保护测控盘进行操作。系统(te`i’s)采用多媒体计算机系统，应用视频处理技术，通过高分辨率彩色屏幕，来表现电气化铁路综合自动化系统的构成，并通过 艺术 处理，来形象地表现电气化铁路综合自动化系统的运行方式，系统组网、组屏方式，后台监控软件及保护测控盘的控制操作、保护装置的原理及操作，资料查询等内容。利用多媒体丰富的图形、图象及数字化处理技术，提供友好的人机界面，使学习者身临其境地进行实习操作，创造最佳的教学环境。教学部分内容主要包括牵引供电系统原理，保护原理，综合自动化系统装置原理，图纸说明系统和工程应用部分。

4.2仿真模拟部分

主要针对以下部分进行仿真:综合自动化系统的监控后台软件，备自投，保护测控盘的柜体，电铁馈线保护装置，电铁变压器差动保护装置，电铁变压器后备保护装置，电铁变压器本体保护，电铁并补保护测控装置。由于需要培训的操作主要是针对后合监控系统可遥控的开关和刀闸的操作，以及各保护装置的操作。因此仿真培训系统采用仿真的设计。包括供电系统的正常手动/遥控控分、控合，远方/当地投入退出，操作方法按照实际系统的操作规程进行。以及事故处理，如开关状态故障，变压器:差动保护、重瓦斯等本体故障、轻瓦斯等告警故障、高压过流、低压a过流、低压b过流等，110kv进线失压，馈线过流、距离保护i段ⅱ段、电流速断、电流增量保护等，电容器速断、过流、谐波过流、差压、差流、过压、低压等。

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一、基本情况

供电段是生产力布局调整中由原整合组建的供电保障单位，承担干支线4776公里高低压架空电力线路、1452公里高低压电缆、1140公里水管路的检修任务，今年，供电任务大幅度递增，工作效率和设备养护的矛盾突出，维护任务异常紧张繁重。面对此种情况，供电段决定在生产系统内实施流程化管理，依据“流程决定管理”的流程管理原则，在全铁路段生产系统进行流程梳理、流程优化、流程再造、改进流程等一系列有实效的工作，希望能在应用方面做出规范，形成生产管理流程体系，为供电段全面提升管理水平探索出一条新的发展之路。

二、实施流程化管理的目的意义

流程化管理就是制定覆盖班组重复性工作的流程，并将每项流程分解为若干道工序，确定其质量标准和办结时限，使每一项工作都沿着安排布置——过程卡控——总结考核的路径形成闭环，做到事事有流程、有标准、有追踪、有落实，保证每名职工按照工作流程都会做，并达到流程所确定的标准。

实施流程化管理，可以提高企业生产率，缩短生产周期，降低库存物资存储率，可以减少水电损失率，可以盘活人员存量，促使自控型班组建设；实施流程化管理，可以追责更明显，责任更明确，可以防止在管理层中脱节、在成产层中推责、在作业中违章，保证设备更精良。实施流程化管理，需要常态化的形成一个流程来管理，更能突出领导者的职能，可以在履职职能上有新举措、工作作风上有新转变。

三、流程化管理的特点

1、流程化管理最重要的特点是突出流程，强调以流程为导向的组织模式重组，以追求企业组织的简单化和高效化。流程是企业运作的基础，企业所有的业务都是需要流程来驱动，一个企业里不同的班组，不同的人员都要靠流程来进行协同运作，如果流转不畅一定会导致这个企业运作不畅。因而这种流程会随着内外环境的变化而需要被优化。

2、流程化管理另一个重要特点是反向，既从结果入手，倒推其过程，这样他所关注重点首先就是结果和产生这个结果的过程，就意味着企业管理的重点转变为突出为职工服务、突出企业的产出效果、突出企业的运营效率；

3、流程化管理注重过程效率，这种管理模式在对每一个事件、过程的分解过程中，效率是其关注的重要对象。流程化管理将所有的业务、管理活动都视为一个流程，注重连续性，以全流程的观点来取代个别班组或个别职工的活动，强调全流程的绩效表现取代个别部门或个别职工的绩效，打破本位主义的思考方式，因此将鼓励各班组的职工互相合作，共同追求流程的绩效。

4、流程是基础，激励机制是驱动力。在激励机制的驱动下，才能确保流程顺畅运行，使流程管理贯穿于生产、管理的每个环节，形成“流程管理、结果控制”的工作格局；要融合职工的信念、作风、情操，实现个人与企业为一体的共同发展，形成执行文化，达到“流程优化、文化升华”的目的，从而提升班组的自管自控能力，实现“管理自我规范、安全自我控制、素质自我提高、行为自我约束、任务自觉完成”的自控型班组建设目标。

5、流程管理是一项专业性很强的工作。要实现企业以流程为中心的管理，首先要实现流程管理推动者培训和企业内部流程管理人才队伍培养和发展。进行流程管理则会更好推动在领导者、管理者和普通员工中普及以流程为中心的思考方式，进而带来企业的变革。

6、流程管理将所有的业务、管理活动都视为一个流程，注重他的连续性，以全流程的观点来取代个别部门或个别活动的观点，强调全流程的绩效表现取代个别部门或个别活动的绩效，打破职能部门本位主义的思考方式，将流程中涉及到的下一个部门视为顾客，因此将鼓励各职能部门的成员互相合作，共同追求流程的绩效，也就是重视顾客需要的价值。

7、强调重新思考流程的目的，使各流程的方向和经营策略方向更密切配合。

8、强调运用信息工具的重要性，以自动化、电子化来体现信息流增加效率。

四、实施流程化管理存在的问题

近年来，随着质量管理体系、环境管理体系、职业健康安全体系等各类国际标准体系的广泛推行，供电段内部多个管理体系共存，重复交叉运行的现象普遍存在，各体系之间缺乏科学整合，给供电段提升管理效益和效率带来较大的困难，造成了种种弊端日益显现出来：一是本来一体化的生产管理，被条块分割，造成职能交叉，缺乏系统性和整体性；二是生产管理文件繁杂，体系运行管理难度大；三是多标准、多体系的同步进行，使基层单位的投入加大，负担加重，管理体制成本增加。安全在基础，基础在管理，管理在干部，干部在作风。我们不能固步自封，需要走前人没有走过的路，延伸管理触角，缩短管理距离，拓宽管理覆盖面，提高管理时效性。要因循守旧、墨守成规的旧观念，做到施工管理优、卡控措施优、工艺标准优、设备每检优，达到作业有标准，过程有控制，质量有保证，考核有奖罚，使新的管理机制内化于心、外化于形，固化于制。因此，很有必要通过实施流程化管理来进行规范。

五、实施流程化管理的对策建议

一要建立流程管理体系。要按照制作流程“简单化、专业化、标准化”的准则，将流程管理贯穿于生产、管理的每个环节。班组管理按内容分成安全管理、生产管理、职教管理、综合管理、党群管理等几大模块，再结合具体的实际情况，将每个模块分解成若干项工作，将每项重复性的工作按照完成的步骤和达到的标准设计为流程，形成横向、纵向全面覆盖的流程化管理体系。

二要落实考核激励。考核激励就是通过发挥考核激励效能，对违章违纪行为进行纠偏，规范职工的工作行为，调动职工工作和学技练功的积极性、主动性，促使职工重流程、讲标准、保质量行为习惯的逐渐养成。要强化日常考核，实现班组由“被动管理”向“主动管理”的转变，促进流程管理的规范运行，不断提升职工对流程的“尊重度”，形成与流程相匹配的执行力，保证职工必须按流程做。

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[关键词]接触网防雷能力降低故障

1雷雨对杭深线（福建段）牵引供电运行影响的现状

在高速客运专线的运行过程中会有诸多的外在因素影响客专的正常运行，比如天气、自然灾害等。其中一个比较普遍的影响因素就是雷击，在雷电多发区段，接触网设备经常遭受雷击，造成接触网设备的损坏和变电所的跳闸，影响客专线的运输安全。

杭深线（福建段）开通运营以来，牵引供电设备运行安全遭受外界环境因素影响突出，设备连续遭受雷击影响，频繁发生雷击故障跳闸，特别是温福、福厦客专地处高雷区、强雷区，受雷击影响尤为突出，因雷击造成的绝缘闪络、绝缘击穿等故障跳闸急剧增加。据统计，2010年6~8月，杭深线福建段牵引供电故障跳闸共37件，其中雷雨天气故障跳闸29件，占78.37％。

以福厦线为例，2010年6~8月变电所馈线累计跳闸31件。重合闸成功27件，重合闸不成功4件。其中顶溪园变电所12件，占38.7%，顶枞上、下行臂跳闸7件，顶苏上、下行臂跳闸5件；东源变电所8件，占25.8%，源东上、下行臂跳闸4件，源莆上、下行臂跳闸4件；厦门北变电所6件，占19.4%，北枞上、下行臂跳闸4件，北杏上、下行臂跳闸2件；耕丰变电所5件，占16.1%，耕苏上、下行臂跳闸3件，耕莆上、下行臂跳闸2件，如图1所示。

图1福厦线跳闸分布统计

根据2010年6~8月福厦线跳闸统计报告显示，雷雨天气馈线跳闸为26件，占83.9%；其它天气馈线跳闸为5件，占16.1%。如2010年8月24日，福厦线翔安―晋江区间上行线322＃、324＃AF线绝缘子因遭雷击爆炸，造成变电所跳闸，重合不成功（见图2）。

图2AF线绝缘子遭雷击后

此外，经福厦线牵引变电所运行分析发现：2010年8月1日~17日期间，福厦线区段天气均为晴天，其福厦线各牵引变电所馈线均无跳闸。

综上可知，雷击对牵引供电运行安全危害极大，减少甚至消除雷击对供电设备运行安全的影响迫在眉睫。

2客专牵引供电设计的避雷能力

根据《铁路电力牵引设计规范》规定,“接触网大气过电压的防护，应根据雷电活动情况，结合运营经验，采取相应的防护措施，在电分相和电分段锚段关节、长大隧道两端、分区亭引入线和牵引变电所馈电线出口处设置避雷装置。”

按照雷电日的等级标准，划分为轻、中、重雷区，但对于不同地区，避雷设施应区别对待；对于同一地区，因电气化线路有时通过山区和平原，其落雷情况也不相同，在设计中需根据实际采取不同的防雷保护措施。实际设计中，温福、福厦未予考虑。

3杭深线（福建段）接触网避雷能力

现在国内客运专线多采用氧化锌避雷器，该型避雷器为新型过电压抑制电器，主要由氧化锌非线性电阻片组装而成，是一种空气间隙金属氧化物避雷器。它具有理想的伏安特性，其线性系数只有0.025左右，这种特性使它在正常工作情况下，流过的电流非常小，即在系统工作电压下，具有极高的电阻而呈绝缘状态，当过电压幅值超过一定范围时，则呈现低阻状态，泄放雷电流，使与避雷器并联的电气设备的残压被抑制在设备绝缘安全值以下。待有害的过电压消减后迅速恢复高阻绝缘状态，从而保证了电气设备的正常运行。

目前，我段管辖范围内杭深线（福建段）客运专线牵引供电上都是采用了氧化锌避雷器。但杭深牵引供电接触网中，均未针对现场特殊的实际情况，如重污、重雷、空旷处所等有针对性采取特殊的防雷措施，而是按照设计的基本原则在基本处所设置避雷器等防雷，因此杭深线（福建段）抗雷能力脆弱。

4提高杭深线（福建段）接触网避雷能力的措施

目前，国内各条客专线上的接触网设备都有因不同程度遭受到雷击损坏而影响到客专的正常运行。2010年7月，铁道部统计全路供电事故故障共35件，其中雷击原因12件，占34.3％。在这些雷电多发区的接触网设备上都有装设避雷器，但避雷效果不明显，且不能避免直击雷对接触网设备的破坏。根据设备实际情况，为进一步提高防雷能力，需采取以下措施：

4.1 增设接触网避雷线

避雷线沿铁路线与接触网平行架设，且避雷线高于接触网设备2m以上，避雷线有统一的接地系统（见图3）。由于避雷线高于接触网设备，在雷雨天起到了引雷的效果。当有直击雷时，避雷线将雷击产生的巨大电流通过接地系统释放。避雷线的架设可以有效避免直击雷对接触网设备的破坏。目前，国外部分客专线采取该方式进行避雷。但在杭深线（福建段）现有运营的线路上进行改造，其难度大，较难实现。在今后客专的设计中可采用该方案。

图3装设避雷线示意图

4.2 开展防雷综合治理

通过多种渠道进一步提高防雷能力。一是更换福厦线AF线悬式绝缘子，避雷雷击后瓷瓶经常发生爆炸的故障。二是重污区增设避雷器，每个锚段的F线、T线各增加一台避雷器。三是在地势比较高或周围比较空旷的地方，每个锚段的F线、T线各增加一台避雷器。四是在重雷区、高雷区的地区，接触网每半个锚段的F线、T线各增加一台避雷器。

4.3 加强防雷运营管理

根据雷击故障的跳闸比例大的现状，必须高度重视线路防雷工作，加强线路防雷运行维护，及时查找雷击故障点和更换受损绝缘子；完善线路雷击跳闸信息的统计，及时开展防雷运行总结和分析评估；积极开展线路防雷科研和新技术应用，有效指导线路雷击故障点查找。

4.4 提高防雷设计标准

对于新建线路，在设计阶段，与设计、建设部门进行充分沟通，对于重雷区、重污区等处所增加避雷设施，提高防雷设计标准，进一步提高防雷能力，从设计源头把关。

5结束语

通过采取上述措施，特别是我段通过福厦线晋江-翔安区间上行线地势较高或周围空旷处所，在每个锚段的F线、T线各增加一台避雷器后，检查线路所有的避雷器计数器动作情况，2010年11月至2011年2月累计动作32次，但线路上的接触网状态，特别是绝缘子的状态未再发生闪络或爆炸等故障，提高了防雷能力，确保了高铁供电设备运营。

参考文献

[1] 于万聚.高速铁路电气化接触网[M].成都：西南交通大学出版社,2003.

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关键词：前端机房；电源；供电；技术；方法

中图分类号：TN943 文献标识码：A

早期前端机房电源主要是单电源，如果出现了停电现象，前端机房将无法连续供电，很多设备都无法得到正常工作，为此，现阶段，很多前端机房都使用双电源，两个电源互为主、备电源，当主电源发生故障时，备电源可以替补，立即对设备进行供电，但是这需要使用双电源自动切换开关，以此保证当出现故障时，主、备电源可以自动切换，因为自动切换需要一定的时间，而有些设备不能失去供电，因此还需要借助辅助电路设备，以此保证切换的时间达到标准要求。

一、双电源输入自动切换

如果城市片区出现了停电情况，其将直接影响电源正常工作，为了能够有效防止此种情况，有关部门通常会选择使用双输入电源，简言之，就是从不一样的高压线路中选择两路电源，同时在这两路电压中设置自动切换开关。这种开关属于智能化系统，其主要是由微机控制，设计采取电磁兼容性，因为可以长时间有效工作，其还具有抗干扰性，利用大屏幕背光来显示相关信息与画面，可以进行人机对话，操作简单，警示方便。双电源自动切换开关其最明显的优势就是能够自动切换，切换时间汇可以依据现实需求进行调整，最快可以2s切换一次，最慢30s切换一次。双电源并没有明确哪一个是主电源，哪一个是备电源，可以说是互为主、备，这两个电源既需要核心负载进行供电，也需要对普通负载进行供电，以此确保电源能够始终处于可靠性供电的状态。电源进线方式主要是应用三相五线制，机房中所有的用电设备所使用的电源都是三相制，放射式供电方式是最主要的配电方式。其具体供电方式如图1所示。

根据图1可以看出，当市电1与市电2都处于正常状态时，主电源通过双电源自动切换开关向负载供电，如果在供电的过程中，主电源发生故障，双电源自动切换开关首先会断开，之后再同接通，这种调控方式十分有效，大约10s时间，双电源自动切换开关会将主电源断开，将备用电源接通，继续为负载进行供电，以此保证网络电源随时能够达到供应。

二、机房UPS电源维修旁路的改进

单机供电系统具有很多故障隐患，因其单点瓶颈突出。为此，工作人员应该对机房UPS电源维修旁路进行改进，以此保证重要的设备可以实现连续供电。

1 电路工作原理

UPS电源维修旁路应该主要是双电源自动切换开关，如果UPS电源没有发生任何的故障，则主路线路负责正常供电，如果UPS电源发生故障，经过短时间的延迟之后，系统会选择由旁路线路进行供电，与此同时双电源自动切换开关会发出警报，以此来告知工作人员UPS电源发生故障，需要立即维修，待到主电源经过维修之后恢复正常，经过短时间的延迟，系统自动跳转到主路线路，由其进行供电。IT设备供电供电时间要求非常严格，不能超过20ms。因为双电源自动切换开关在切换时，延时时间达到了2s，甚至超过了2s，为此有关人员需要借助相应的设备，将时间由2s缩短到20ms以内，通常选择的设备是辅助电路，其主要是由中间以及时间断电器组成，利用这一辅助设备，时间可以缩短到10ms之内，同样选择“先断开后接通”的方式来进行调控，即先断开主路线路，接通旁路开始继续供电，维修主路之后，在断开旁路，接通主路线路，以此保证设备始终都处于正常供电状态。

2 电路作用

图1中所显示的电路的具有巨大的作用，即工作人员在维护UPS系统时或者UPS系统出现故障时，自动旁路会接替主路继续供电。此种电路构造简单，成本也比较低，实用性强，安全性高，可靠性强，当旁路自动转换以及恢复之后，实现了自动转换之后，为各种设备进行连续供电。

三、UPS外不断电旁路电路工作的几种情况

如果市电可以得到正常的供应，市电经过UPS逆变，市电经UPS逆变稳压成220V交流电经主路线路送到双电源自动切换器主电源2端，再经双电源自动切换器的4端输出供机房主要设备用。这时双电源切换器和辅助电路均不动作；当市电不正常时，UPS由蓄电池供电逆变稳压成220V交流电经主路线路送到AK3的2端，再经AK3的4端输出供机房主要设备用。这时双电源切换器（AK3）和辅助电路均不动作；当市电正常，UPS电源有故障不能逆变输出时，UPS自动在机内将市电旁路经主路线路送到AK3的2端，再经AK3的4端输出供机房主要设备用。这时双电源切换器（AK3）和辅助电路均不动作；当市电正常，UPS输出端无电压或关断UPS电源开关时，中间继电器控制线圈失电，触点J3、J4和J5、J7断开，触点Jl、J2和J6、J7闭合，市电经触点J6、J7直接送到AK3的4端暂时输出（2s）给设备供电；UPS从旁路到逆变的转换时间为5ms，比中间继电器动作时间10ms小，中间继电器不会动作。

结语

综上所述，可知对前端机房电源连续供电的技术方法进行研究很多必要。前端机房供电十分重要，直接关系到设备是否能够正常完成工作，但是传统应用的方法无法保证前端机房电源正常供电，所以需要研究出一种能够连续供电的技术方法，本文笔者对此进行了详细的研究。通过笔者的介绍，改进机房UPS电源维修旁路以及使用双电源输入自动切换开关可以实现连续供电，希望能够为有关人员提供借鉴。

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（1.中国科学院光电研究院，北京100094；2.中国科学院研究生院，北京100190）

摘要：供电系统是系留气球的重要组成部分，其正常运行是保证系留气球安全可靠的关键，一些特殊载荷需要不间断供电，即当主供电出现问题时，需要无缝切换到备用电源以实现系统和载荷正常运行。常用主备电切换方式动作缓慢，耗时较长，并且电路复杂可靠性低，结合系留气球供电系统的特点，提出一种简单易实现的不间断供电方式，即在电磁继电器基础上，在备用电源支路上再连接一组开关管并配合小容量电容，当系统检测到电压异常后，开关管在几微秒内快速切换到备用电源，电磁继电器在开关管接通一段时间后也会切换到备份电池，此时备份电池通过两条通路供电给母线，不仅球载电子设备可以稳定工作，而且可靠性大大增加。经过仿真和相关实验，证明这种供电结构实现了不间断供电，并且具有较高的可靠性。

关键词 ：系留气球；不间断供电；切换方式；开关管

中图分类号：TN06?34；TM774 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）17?0144?05

0 引言

系留气球是一种依靠气囊内的浮升气体获得浮力，并用缆索系在地面设施上的浮空器，可以在空定范围内实现定高度、长时间驻留[1]。系留气球作为一种可长时间连续滞空的载体，非常适合搭载各类任务设备，具有广泛的用途，可用于气象探测、环境监测、广播通信、地形测绘、低空预警、边海防的空中监测以及反恐监视等方面。随着任务需求的增多，各种电子设备不断加入到系统中，为了保证气球系统能够长期稳定的工作，需要连续不间断地为各种球载电子设备提供电力。空中平台的电源一旦发生故障，平台上的设备没有了动力，不仅无法完成预定的任务，甚至对系留气球降落都带来影响。供电的可靠性，供电的质量以及供电的安全性都是电源设计中必须认真考虑的问题。

供电系统在主备份电源切换方式上采用直接切换，即在主供电出现问题时继电器跳转到备份电源继续供电，这种方式虽然简单易行，但是切换时间比较长，很容易造成敏感电子设备掉电造成的复位等行为。基于以上考虑，对系留气球的不间断供电技术进行研究很有必要。

本文创新之处在于对比现有的主备电切换方式，提出的不间断供电结构可靠性高，切换动作时间非常短暂，所用电路均为模拟电路，简单易行，可实现主备电之间的“ 零断电”，对于系留气球供电系统有一般的适应性。

1 电源切换方式原理及分析

在交流电源停电后，依赖蓄电池储能，经逆变器转换或蓄电池组直接向负载持续供电的电源系统称为不间断供电电源系统[2]。为提高对球上任务载荷供电的可靠性，供电系统常常设计成一主一备双电源供电，备用电源在主电源出现故障时自动启用，实现对负载的不间断供电[3]。

供电系统有两种典型的常用主接线方式：

（1）正常情况下一路进线对母线供电，另一路进线作备用电源，依靠两路进线开关实现自动切换，此种方式称为明备用，如图1（a）所示，主供电正常切换开关状态为闭合，备用电源开关断开，主供电出现故障备用电源切换开关闭合进行供电。

（2）两路工作电源同时供电互为备用，依靠母分开关实现备用电源自动投入使用，此种方式称为暗备用，如图1（b）所示，主供电和备用电源切换开关状态同时为闭合，母分开关断开，此时为主电源供电，当主供电出现故障时，母分开关闭合切换到备用电源供电。

1.1 常用主备电源切换方式

要想实现不间断供电，电源切换是主要问题，对于比较简单的备用电源切换装置，目前通常设计成工作电源开关辅助接点直接起动备用电源，现有技术中应用比较广泛的切换方式根据器件不同大致分为继电器切换和二极管切换，切换方案如图2所示。

继电器切换方式是通过继电器的静触点与第一动触点、第二动触点的切换来实现主/备电源之间的供电切换，且必须在负载端连接有一大容量的电容，如图2（a）所示，主/备份电源之间可实现平稳切换，备份电源的储能作用也能够得到充分发挥，但是存在以下缺点：

（1）负载电压波动大，当备份电源电压较低时，主/备份电源之间的切换将引起掉电等现象；

（2）在接通供电系统的瞬间，电容进行快速充电，很容易损坏电容前面的电路，大容量的电容将容易导致电路存在安全隐患，若不使用大容量的电容进行储能，将导致主/备份电源不能平稳切换。

二极管切换方式采用二极管来实现主/备份电源之间的供电切换，通过二极管的导通和截止来控制备用电源的接入，如图2（b）所示，主/备份电源之间可实现平稳切换，也不需要大容量的电容进行辅助切换，但是存在以下缺点：

（1）当二极管上流过较大的电流时，会在二极管的PN 结上产生较大的压降，不能充分发挥备份电源的储能作用；

（2）在二极管上将产生大量的功耗，必须配合散热器进行散热才能确保电路工作的可靠性，同时由于过高的温升将会引起二极管周围的元器件性能下降，且也不利于产品的小型化；

（3）当备份电源的电量不足时仍然为负载供电，没有过放保护功能，将降低电池的使用寿命。

系统主接线切换方式有明备用和暗备用，其中暗备用应用案例之一是神舟飞船供电结构。神舟飞船供电系统整体上采用的是暗备用切换方式，在供电结构上采用两边对称同时供电的方式，如此的结构设计可以实现系统供电的连续性。

神舟飞船电源系统是我国迄今为止最复杂的空间电源系统[4]，它由主电源、应急电源、返回电源等多种电源组成，存在多种并网供电工作模式，其任务是在待发段、发射段、自主运行段、返回段和着陆段为整船或返回舱提供所需的电能[5?6]。飞船上设置主要负载母线和次要负载母线，当出现供电不足时可以断开部分次要负载。另外，飞船上还安置有可靠的应急蓄电池，主电源一旦出现故障立即启用备份电源确保一段时间的飞行。当负载过大时，主电源供电不足导致母线电压显著下降，应急电源能自动接入母线。

飞船电源分系统的工作状态复杂、功率要求大、可靠性要求高，而且电源并网时需要解决的技术难题很大。基于以上考虑，飞船电源分系统的供电结构并不适合应用到系留气球上，但是相关的思路仍然值得借鉴。

1.2 系留气球电源切换原理

通过对现有的供电方式分析发现，供电结构体系正在朝着更安全、可靠的方向发展，系留气球供电系统也不例外。特别是随着精密电子仪器载荷的增加，供电结构中“不断电”几乎已经是一个必不可少的要求。

系留气球供配电是由地面供电设备将市电变频升压后，通过系缆传送到球上，经过降压并变换后输出直流稳定电压，供给球载平台设备及任务载荷使用[7]。球上还载有应急电源，目的是当主电源电路发生故障时可以跳转到应急电源继续给负载供电。

目前主电源和应急电源之间切换方式采用继电器切换，对于这种直接切换方式来说，虽然在一定程度上提高了直流电源设备运行的可靠性，但切换过程中会造成负载供电的短时中断，影响设备的安全可靠运行，尤其是对于一些比较敏感的电子设备来说，突然的失电会触发其保护措施，继而启动复位等行为，可能会导致进行中的任务失效。

如何实现不间断供电并且还要保证电源的可靠性是本文的主要难点，对比传统的系留气球供电结构，下面将给出一种新型的切换电路。电源切换主要考虑到两种切换方式，第一种为二极管切换，第二种为开关管切换，进行对比后选出最适合的切换方式。

1.2.1 二极管切换电路

二极管切换电路如图3所示，除了正常的继电器外，备用电源回路中加入DC/DC 变换器，其输出为24 V，主电源和备用电源工作时输出电压为28 V。当主电源正常工作时，二极管B点电位为28 V，A点电位为24 V，二极管D1截止，DC/DC变换器没有带载工作，备用电源的损耗可忽略；当主电池耗尽或故障时，二极管B点电位低于A点电位，D1导通，B点电位为24 V，确保用电设备瞬间不掉电（此种工况适用于用电设备能够宽范围工作情况下）。经过一段时间后，继电器切换到备用电源后，供电母线电压≥28 V，二极管D1截止，DC/DC变换器不带载工作，完成不间断切换。

进行相关实验后发现，使用DC/DC 变换器供电存在模块间开关频率不匹配的问题，该方式适用于用电设备能够宽范围工作条件下。

1.2.2 开关管切换电路

为了解决上述提到的问题，采取另一种切换方式，即使用开关配合小容量电容，在电磁继电器切换的间隙为球载设备供电，如图4所示。

目前的双电源自动切换装置大部分由具有机械闭锁的两个接触器构成，都有触点开关，开关时间长而且有火花产生。优秀的双路开关切换延迟时间是0.1~60 s。而一些敏感的设备如可编程序控制器在断电的一个周期即20 ms后就会自动重新启动，所有逻辑都将自动复位，因此切换开关组件的选择对缩短切换时间、保持负载电压稳定具有重要意义。在不改变原先电磁继电器主/备份通路的基础上，采用IGBT或MOS开关器件，作为备用电源的另一通路上的开关，在主母线掉电后迅速接通备用电源。IGBT或MOS开关器件具有无触点、快速、无火花接痕等特点，其开通、关断时间仅为几十微秒[8]，在计算机容许断电的时间内，能够实现无缝切换。电路系统中如果输入信号在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏），故在切换支路中加入滞回比较电路，此比较器采用LM339迟滞比较器，迟滞比较器又可以理解为加正反馈的单限比较器，输出线路带有电压保护模块，加入其目的是为了保护开关管和电子负载设备免受电压突然冲击造成毁坏，主电路切换原理如下：

（1）主电源正常时，供电母线28 V正常供电，此时开关管处于断开状态；

（2）主电源出现故障，供电母线掉电或电压降低，此时开关管通过电压采集模块检测到主母线掉电或电压降低状态，开关管在几微秒内打开，迅速将备用电源连接到主母线上；

（3）电磁继电器在开关管打开一段时间后切换到备用电源，此时备用电源通过两条通路给供电母线供电，即使开关管损坏断开也不影响正常供电；

（4）开关管电压采集采用分压形式，电路全部是模拟电路，可靠性高。

信号采集模块实时监测供电电压状况，一旦检测到主电源故障立刻切换到备用电源。备用电源采用的是锂电池组，电池长时间频繁切换会导致温度升高，而温度是电池内部化学反应的催化剂，温度高使电池反应加剧。因此需要对电源是否失压进行预测，以防止切换系统频繁动作致使锂电池损坏。

球上控制模块工作范围在18~36 V，也就是当供电电压低于18 V 时系统不能正常工作，这个值即为飞控设备所需最低电压值，主电源供电电压为28 V，本文中拟采用主电源正常工作电压与飞控设备所需最低电压的算术平均值作为判定有失压趋势的临界电压值。通过进一步判断主电压工作状况，经过一定的延时，排除外界因素或负载扰动引起的电压波动。

2 电源不间断切换仿真实验及结果

2.1 电源不间断切换仿真

通过对比上述两种切换方式，原理上开关管切换电路能够较好地实现不间断供电。为了进一步分析其可行性，需进行仿真验证，仿真模型的搭建采用Simulink模块，Matlab 的Simulink 工具是用于各种动态系统建模、分析和仿真的图形交互环境[9]，Simulink仿真具有便利性和真实性，各仿真单元基本可与实物电路对照，此模块具有适应面广，结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际，效率高，灵活等优点，目前Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计中[10]。搭建的模型图和仿真波形图如图5和图6所示。

主电源采用脉冲模拟电源正常和掉电的情况，主电源电压设置为28 V，外加直流电源为5 V，通过比较器判断电压是否断电，根据比较器输出结果控制开关的一端输入，另一端备用电源输入采用25 V直流电压（主要在波形图中观察时比较方便对比原电压大小的变化），控制信号控制备用25 V 电源的投入，在示波器中观察电压的变化，从图6可以看出，电压由28 V 降到0时瞬间接入备用电源，切换时间非常短暂（约为100 μs）且后续电压稳定。

2.2 实验及结果

完成切换电路的仿真模型后认为此种切换电路可实现不间断供电的任务，所以根据切换原理进行实验，所得负载示波器图像如图7所示。

实验对开关管两端电压和负载两端电压进行采集实验，实验波形一为主供电线路中未加入电容，通道1为开关管电压采集检测波形，通道2为负载电压波形，根据主/备电切换原理，在主电源掉电瞬间开关管接通备用电源，由备用电源继续为负载供电，由图中可以看出，切换间隙为50 μs，时间非常短暂，但切换波形动作之间的波动比较大，出现这样的结果是电压有一定反应时间，不能立即为后续供电造成，经过分析认为在主供电线路母线加入小容量的电容即可减少这种现象，实验波形二为主供电线路中配合小容量电容，由图中可以看出断电间隔基本消失，此时可以实现真正意义上的不间断供电。

篇6

关键词 煤矿；高压供电；短路保护系统；优化

中图分类号TD6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）107-0090-02

1 煤矿井下高压供电短路的危害与成因分析

1.1 短路的危害

矿井是一个非常特殊的环境，这种特殊性具体体现在井下作业环境恶劣、巷道和采掘作业面空间狭窄、存在大量的瓦斯煤尘、电气设备分散且移动频繁等等，故此在具体运行中，很容易出现各种问题，短路则是其中最为典型的问题之一。煤矿井下供电系统中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流，此时的电流值要远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。煤矿井下高压供电系统的安全运行与变压器中性点的接地方式关系密切，根据煤矿安全规程中的相关规定要求，矿井下的变压器严禁采用中性点的接地方式。由此可知，井下的短路故障主要是指相与相之间或相对地以及三相同时相连的情况。当供电系统出现短路故障之后，系统的阻抗便会有所下降，而电流则会显著增加，短路时产生的电流相当于正常工作电流的十几倍，有时甚至会达到上百倍，如此之大的短路电流会对煤矿井下的各种电气设备以及矿井安全生产作业造成危害。当短路发生时，短路电流会产生出热作用和电动力作用，在它们的共同作用下，会导致故障设备以及短路回路当中的其它电气设备受损。同时，短路发生后，线路沿线上的电压损失也会随之增大，这样一来便会造成短路故障附近的井下线路电压突降，从而对电气设备的正常运行造成影响。此外，由短路电流所产生出来的弧光能量还有可能引起井下瓦斯爆炸，这会对井下作业人员的生命安全构成严重威胁。

1.2短路成因

引起煤矿井下短路故障的原因较为复杂，大体上可归纳为以下几个方面：其一，由于井下电气设备和供电线路常年在恶劣的环境中运行，加之设备、线路过于陈旧，更换不及时，从而导致绝缘老化严重，这很容易引起短路故障；其二，由于井下操作人员的错误操作引起的短路故障或是作业人员违章作业也会引起短路。为了有效解决煤矿井下高压供电的短路问题，有必要高压供电短路保护系统进行优化。

2 井下高压供电短路保护系统的优化途径

在对煤矿井下高压供电短路保护系统进行优化的过程中，为了进一步确保系统的运行的安全性、稳定性和可靠性，应当从技术和管理两方面着手进行优化。下面就此展开具体论述。

2.1技术方面的优化措施

1）技术优化方案应满足的要求。根据煤矿井下的实际供电情况，高压供电短路保护系统的技术优化方案应当满足如下要求：其一，能够对短路故障发生的大电流以及上一级变压器的冲击进行有效限制；其二，能够确保井下与地上过流保护动作值协调配合；其三，能够确保全线路的电压损失与保护系统运行可靠性和稳定性的要求。

2）根据上述要求，井下高压供电短路保护系统的优化方案设计为限流电抗器+三段配两段式短路保护。如图1所示。

该优化设计方案中，在6kV开关QF上设置了三段式短路保护系统，通常传统的定时限过流的限时均为1.5s，而本系统中为与四级限时速断保护装置相配合，限时改为1.2s，动作电流仍然能够确保全线安全。在本系统的末端设有支路开关QF5.1，其为速断和定时限过流两段式保护，经计算后得出定时限过流时限值最短为0.2s，速断动作电流则按照全线保护值进行处理。本系统中，各条线路的开关QF1-QF4.1，全部设置为短阶梯时限的限时速断与定时限过流两段式保护。由于整条线路均为6kV线路，且最大长度仅为2.9m，故此M2-M5间的短路电流相差非常小，这使得QF2.1-QF4.1上的限时速断动作电流差值也相对较小，并且在某些情况下还会出现同值的现象，因此，纵向选择性可借助短阶梯时限来确保系统运行的可靠性。经过优化设计之后，限时速断为各线路的主要保护措施，而定时限过流则作为后备保护措施，这在一定程度上提高了短路保护系统的可靠性。该系统在某煤矿井下进行试应用后，有效避免了越级跳闸的情况发生，断电速度较之以往明显提高，对短路电流具有良好的控制效果，电气设备的故障率大幅降低。

2.2管理方面的优化措施

1）强化技术培训

从煤矿安全的角度考虑，井下供电系统的短路保护具有非常重要的作用，为了进一步提高短路保护系统的整体性能，必须不断加强对相关技术人员的培训，通过培训使他们掌握有关的理论基础知识，并熟悉技术操作的相关流程，一旦出现故障时能够以最短的时间采取最为合理有效的措施加以解决，从而确保煤矿井下安全生产。

2）加强电气设备保养维护

为了降低短路故障的发生几率，应当加强对井下电气设备的保养维护工作，以此来确保设备安全、稳定、可靠运行。对于井下比较陈旧的设备而言，应当将工作的重点放在确保其正常运行上，做到及时消除各种容易引起短路故障的隐患；而新设备则应以保养维护工作为重点，从确保设备正常使用的角度提高煤矿井下生产的安全性。

3 结论

总而言之，为了确保煤矿井下安全生产，必须对短路保护予以足够的重视，并采取技术优化和管理两方面措施，提高短路保护系统的运行可靠性，只有这样才能为煤矿井下安全生产提供强有力的保障，从而促进煤矿企业健康、稳定、持续发展。

参考文献

[1]李晓光，王建波，朱洪文.矿井高压供电系统快速漏电保护技术的研究[J].煤矿机电一体化技术，2010（9）.

篇7

图1所示是经常遇见的一种有两电个电源、3个变(配)电所的两端供电网络。开式运行方式通常采用的是：电源甲供变(配)电所A、C，电源乙供变(配)电所B；电源甲供变(配)电所A，电源乙供变(配)电所B、C。即变(配)电所C的负载是由电源甲供电，还是由电源乙供电，需在这两种运行方式中通过定量计算，优选损耗最小的经济运行方式。

为使分析计算简单化，计算中取电网运行电压U等于额定电压UΝ，各负载功率因数cosφ为平均值cosφp。这是因为电网运行电压在规定的范围内，与额定值的偏差最大不超过10％；目前在电网中普遍应用无功补偿装置，基本实现无功就地平衡，各变(配)电所负载的功率因数都比较高，这些假设对计算结果造成的误差很小。

本文首先对3个变(配)电所电网开式经济运行方式进行分析讨论，再深入到有多个变(配)电所的电网。

13个变(配)电所电网经济运行方式的判定

1.1有功经济运行方式的临界负载

令变电所A、B、C的负载分配系数分别为DA、DB、DC，其与各负载间的关系为

DA和DB的关系有

DA＋DB=1(2)

当变电所C的负载SC由电源甲供电时，既要在线路L1C的R1C产生有功功率损失，又要引起线路L11的R11损失的增加，由负载SC所产生的总有功功率损失的ΔP甲C(kW)计算式

当变电所C的负载SC由电源乙供电时，既要在线路L2C的R2C产生有功功率损失，又要引起线路L21的R21的损失增加。由负载SC所产生的总有功功率损失的ΔP乙C(kW)计算式

以上二式中，当R11、R21、R1C、R2C、和Sσ、DC为常数时，则ΔP甲C=f(DA)和ΔP乙C=f(DA)。令ΔP甲C=ΔP乙C整理后得

(2DLPADC＋DC2)R11＋DC2R1C

=[2DC(1－DLPA)＋DC2]R21＋DC2R2C(5)

化简后，可求得临界负载分配系数DLPA

对式(6)进行分析，在DLPA=f（DC）函数关系中，有下列三种情况：(1)当（R21＋R2C）－（R11＋R1C）>0时，DLPA=f（DC）的曲线变化如图2a所示；(2)当（R21＋R2C）－（R11＋R1C）=0时，DLPA=f（DC）的曲线变化如图2b所示；(3)当（R21＋R2C）－（R11＋R1C）<0时，DLPA=f（DC）的曲线变化如图2c所示。

由图2可知：当实际工况负载DA<DLPA时应由电源甲供电为经济运行方式，当SA>DLPB时应由电源乙供电为经济运行方式。

1.2无功经济运行方式的临界负载

同理也可给出变电所C的负载SC由电源甲和电源乙供电的二种运行方式的无功功率消耗ΔQ甲C（kvar）和ΔQ乙C（kvar）的计算式

根据以上二式同理可导出变电所C由电源甲供电的无功经济运行方式临界负载系数DLQA

把图(2)中的DPA、DPC和DLPA分别换成DQA、DQC和DLQA，也适用于对无功经济运行方式的分析。

1.3综合功率经济运行方式的临界负载

变压器(电力线路)综合功率损失是指：由变压器(电力线路)的有功功率损失和无功功率消耗，使受电网增加的有功功率损失与变压器(电力线路)自身的有功功率损失之和。综合功率损失的概念和计算方法已纳入GB/T13462—92国家标准中。

同理也可给出变电所C的负载由电源甲和电源乙供电的二种运行方式综合功率损失计算式(略)，并可导出变电所C由电源甲供电方式的综合临界负载分配系数DLZA的计算式

式中KQ—无功经济当量；

KP—有功经济当量。

无功经济当量KQ的物理意义是：变压器(电力线路)每减少1kvar无功功率消耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值。有功经济当量KP的物理意义是：变压器(电力线路)每减少1kW有功功率损耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值。

把图2中的DPA、DPC和DLPA分别换成DZA、DZC和DLZA，也适用于对综合经济运行方式的分析。

经济运行方式要考虑到负载波动。因此，对工况负载分配系数计算要按动态计算式进行计算

式中KTA、KTB——分别为变电所A和B的负载波动

损失系数。

负载波动损耗系数KT值可在GB/T13462—92国家标准中查找。

对经济运行方式判定时，要用动态负载分配系数DTA对DLPA、DLQA、DLZA进行对比。

23个变(配)电所电网经济运行方式节约功率

设电源乙供变电所C的负载SC为经济运行方式，则用式(3)的ΔP甲C减去式(4)的ΔP乙C，并考虑负载波动损失时，经整理后，其有功功率节约ΔΔP（kW）计算式为

式中KTAC——负载SA与SC之和的负载波动损失系数；

KTBC——负载SB与SC之和的负载波动损失系数；KTC——负载SC的负载波动损失系数。

同理也可导出电源乙供变电所C比电源甲供时的无功功率节约ΔΔQ（kvar）计算式

例1某35kV两端网络，如图3所示。有松(A)、南(B)、兴(C)三个变电所和双(甲)、永(乙)两个电源，开式运行。线路参数和变电所负载见表1。现运行方式是变电所松、兴由电源双站供电，变电所南由电源永站供电。

首先判定现运行方式是否经济运行，并计算经济运行方式的节电效果。

解：各变电所负载视在功率

根据式(1)分别计算出各变电所的负载分配系数

DA=0.33；DB=0.67；DC=0.30

然后，再根据式(6)计算有功临界负载分配系数DLPA

同理根据式(9)可计算出无功临界负载分配系数DLQA

再按式(11)计算出工况负载分配系数DTA

由于本例的DTA（0.335）>DLPA（0.067）和DTA（0.335）>DLQA（0.142），所以按有功经济运行和无功经济运行判定现运行方式都不是经济运行方式，应改为变电所兴由电源永站供电。

将有关数据代入式(13)和(14)，计算经济运行方式比原运行方式的有功功率节约ΔΔP和无功功率节约ΔΔQ分别为

由此可见，不用花投资，充分利用现有的电力线路，仅改变运行方式就能取得显著的节电效果。节约有功功率39.18kW，比原运行方式的线路有功功率损失(63.05kW)下降62％；节约无功功率38.09kvar,比原运行方式的线路无功功率消耗(80.54kvar)下降47％。

3多个变(配)电所电网经济运行方式的判定

图4所示是一个有多个变(配)电所的两端供电网络。开式运行时，变(配)电所C由电源甲或电源乙供电的择优临界负载计算。用与前述类似的方法，作如下推导和分析判断。

3.1有功经济运行方式的临界负载

令

则各变(配)电所的负载分配系数为

变(配)电所C的负载由电源甲供电时，根据前述简化计算条件，在线路L11的R11产生的有功功率损失ΔP甲L11（kW）算式可表示为

变(配)电所C的负载由电源乙供电时，在线路L11的R11产生的有功功率损失ΔP乙L11（kW）算式可表示为

用式(17)减去式(18)，则为变(配)电所C的负载由电源甲供电时，在线路L11的R11增加的有功功率损失ΔΔPL11（kW）

同理可导出变(配)电所C的负载由电源甲供电时，在线路L1i的R1i增加的有功功率损失ΔΔPL1i（kW）算式

变(配)电所C的负载由电源甲供电时，在线路L11经L1n和L1C的R11至R1n和R1C上增加的总有功功率损失ΔΔP甲C（kW）为

由于表示的L1i至L1n各段线路中每一段的负载分配系数。因此可令

则式（21）可简化为

用类似的方法，导出变(配)电所C的负载由电源乙供电时，在线路L21经L2n和L2C的R21至R2n和R2C上增加的总有功功率损失ΔΔP乙C（kW）算式

由于

将式(25)的关系代入式(24)，整理后得

式(23)和式(26)中，当R1i、R2i、R1C、R2C、和Sσ、DC为某一定值时，则ΔΔP甲C=f（D11）和ΔΔP乙C=f（D11）。令ΔΔP甲C=ΔΔP乙C求解，整理后得

由式(27)可求出线路L11的临界负载分配系数DLP11

用式(28)与式(6)相比较，其DLP11=f（DC）关系的三种曲线图同图2基本相似，而式中的

仅改变曲线的上下位置而已。

3.2无功经济运行方式的临界负载

同理可导出变电所C的负载由电源甲供电的无功经济运行方式，线路L11的临界负载分配系数DLQ11计算式

3.3综合运行方式的临界负载

用前述方法亦可导出变电所C的负载由电源甲供电的综合经济运行方式线路L11的临界负载分配系数DZQ11计算式

前面对有功临界负载分配系数的分析方法，同样适用于对无功临界负载分配系数的综合临界负载分配系数的分析。

对工况负载分配系数和经济运行方式的判定，都应按动态算式进行计算。

4多个变(配)电所电网经济运行方式节约功率

如果变(配)电所C由电源乙供电运行方式比电源甲经济，则用式(23)减去式(26)考虑负载波动后，即为节约的有功功率ΔΔP（kW）

式中KT1i——线路L1i的负载波动损失系数；

KT2i——线路L2i的负载波动损失系数。

同理可给出变(配)电所C由电源乙供电运行方式比电源甲供电节约的无功功率ΔΔQ（kvar）计算式

两端供电网开式运行是经常采用的一种运行方式。从前面的分析和实例计算结果可见，对这种运行方式实施经济运行能够获得显著的节电效果。因此，在电网运行中，我们应该通过理论计算，选取最佳的供电方案，实现经济运行，使网络的总线损最大限度地减少，节约电能，提高企业和社会效益。

5参考文献

篇8

关键词：直流牵引；供电系统；短路试验

中图分类号：U223文献标识码： A

地铁线路在缓解城市交通压力方面的重要性日趋显现,地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行则对保证机车运行以及乘客的人生安全起到非常重要的作用。直流系统的运行方式较多,故障时具有短路电流大、难切除的特点,不仅造成经济损失,甚至可能威胁乘客的人身安全。地铁系统短路电流的准确计算不仅是系统设计规划的依据,也是继电保护整定的基础,对保证人身安全、降低故障损失都有着十分重要的意义。

1、直流牵引供电系统

电网110kV的高压电源经过主变电所降压为33kV（10kV）供牵引变电所使用，牵引变电所通过整流变压器和整流机组将交流降压并整流为直流1500V（750V）向机车供电。直流牵引供电系统如图1所示，地铁一般采用上下行接触网并联双端供电，钢轨回流的方式，其中钢轨通过绝缘垫与大地保持绝缘。

图1牵引供电系统图

1.1、牵引变电所和牵引网

牵引变电所两台整流变压器一次绕组分别移相+7.5°、-7.5°。整流变压器将33kV降压为1180V，其二次绕组有一个星形绕组和三角形绕组，分别向两个三相整流桥供电，构成一套12脉波整流机组。同时，通过与另一套12脉波整流机组经匹配构成一套等效24脉波整流机组，为机车提供DC1500V牵引动力。牵引网由变电所母线至接触网的馈线、为机车授流的接触网和回流的钢轨组成，上下行的四条钢轨采用全并联的方式作为回流导体。

1.2、牵引网阻抗导体的阻抗

由导体电阻和电感决定，导体内部磁链与流过导体的电流之比为内电感，外部磁链与流过导体的电流之比为外电感。接触网的单位长电阻由式（1）给出，内电感由式（2）给出，由于组成钢轨的铁磁性材料的特殊性，其电阻、内电感的计算十分复杂，工程上通常采用经验公式（3）给出其电阻和内电抗，需要说明的是式（3）给出的是阻抗值，需要将其换算为电感值，在计算钢轨暂态参数时，使用8.13Hz的阻抗值较为准确。

（1）

（2）

+（3）

式中，为导体电导率，为导体截面积，、分别为真空磁导率和导体的相对磁导率，，为角频率。

1.3、直流系统短路故障原因

牵引电流经直流馈线开关、馈线电缆、上网隔离开关输送到接触网之上,然后通过列车、钢轨、回流线一直回到负极,可形成一个行之有效的闭合回路。导致直流牵引供电系统短路故障出现的原因主要有以下两方面。

1.3.1、正极对负极短路故障

此故障绝大多数是因为架空接触网对于钢轨短路而导致的,比如说接触网断线掉落到钢轨之上、机车顶部对于接触网放电、错误挂接地线等等,直流正极对负极产生瞬时短路,短路电流则可以达到几万安,使得直流开关大电流脱口保护瞬间动作,DDL-Delta-I等等逐渐开始启动。

1.3.2、正极对大地短路故障

老鼠、蜈蚣等等较小的动物爬入带电回路；小金属线头、没有使用的螺丝、垫圈等等零件,掉落在带电回路之上，导致直流正极同框架短路,引起框架保护动作。线路可能是接触网、馈线或变电所馈线电缆接地；绝缘子击穿、折断；隔离开关处于接地状态、引线脱落；接触网对架空地线放电；机车主回路接地等。正极接地故障大多数是持续性短路故障，如果没有及时清除的话,比较容易使得故障扩大变为直流正极通过综合接地装置、钢轨同地之间的泄露电阻到负极的短路事故,对于多处直流设备可以使得出现较为严重烧损,破坏性以及危害变大。

2、短路试验方法

2.1、设置方案

在同钢轨连接之时，要求对钢轨进行除锈处理同时将其连接牢固，这样就可以有效避免连接之处出现比较大的接触电阻，如果电流偏大之时则会烧坏钢轨，如图1所示

图1 短路试验接线

2.2、注意事项

2.2.1、进行试验之前，与之相关区间的接触网需要保持为停电状态，接触网电动隔离开关在断开位置。

2.2.2.试验之前，在试验变电所应该使用“电压-电流法”，测量闭合回路的直流电阻，这样就可以确认回路完整闭合。

2.2.3、试验前，应该设备保护定值以及动作时间配合之间的正确性。

2.2.4、试验前，检查区段内架空地线与接地装置每一处的连接点，同时使用力矩扳手将其紧固。

2.2.5、试验之前，需要检查直流开关所在高压室的消防设施，比如说应该设置气体消防设备，需要确认其在“手动”位置之上，也应该留够充足的临时消防用具。

2.2.6、在进行试验之前，在短路点两侧20m做好防护，不能出现无关人员进行此区域，及时设置相关的防护标志。

2.2.7、试验结束之后，检查开关以及触头是否烧伤或有残留物。

3、直流系统短路故障排查方法

为尽快恢复供电,同时避免断路器合在故障线路上,直流开关保护模块通过线路测试,判别故障性质的自动重合闸功能。重合闸保护动作情况可以当做判别短路故障原因十分重要的根据。

3.1、重合闸原理

线路测试功能可以通过测量直流母线电压以及馈线电压及时判断出主回路是否可以正常工作,如此,线路测试回路电阻Rx就可以决定断路器是否被允许合闸。依据计算结果可以得知;

Rx>2.5Ω,瞬时性故障,那么重合闸成功。

Rx

通常是通过列车故障等外部原因或者是接触网短时闪络造成金属性短路而导致的,较多为瞬时性短路故障，同时保护类型主要为大电流脱扣、DDL-Delta-I。当前供电设备都可以实现正常运行，需要注意观察设备运行状况，

同时也应该对直流开关动作过程做好录波；组织该趟列车下线运营,安排接触网人员对于故障区段正线进行登乘巡视,待运营结束后组织相关专业对直流开关本体、接触网、列车进行较为细致的检查以及分析。

3.2、重合闸不成功此时故障应为持续性故障

若框架保护动作,应尝试对故障信号进行复位，如果复位成功的话,通过电调允许之后才可以进行试送电,依照电调的相关要求做好进一步处理；如果不可以复归的话,就需要解除故障与之相邻牵引变电所的闭锁条件,退出本所的整流机组,通过越区开关进行大双边供电。如果大电流脱扣保护动作,故障点则有可能在馈线至上网电缆处,现场人员需要听从电调安排做好设备检查工作。

3.3、既有双端量的故障定位

直流牵引供电系统的故障分析法是根据系统参数和测量得到的电压、电流,根据短路故障模型,经过分析化简得到故障定位方程,代入所需参数,求出故障点距离,从而实现短路故障点的精确定位。故障分析法按定位所需信息可以分为单端量法和双端量法。单端量法只使用单侧信息,实现起来简单方便,但难消除故障点过渡电阻和对侧系统的影响,从而导致定位精度不高。双端量法从原理上不存在过渡电阻和对侧系统。

3.4、系统阻抗的问题

应借助通信技术获取对侧的数据信息,存在数据同步、计算量大等问题。故障分析法对样率要求低,可靠性较高,无死区。但是该方法需要计算精确的线路参数,当线路参数存在一定误差时,会影响故障定位的精度。随着计算机技术和通信技术在牵引供电系统中的发展和应用,使获得对侧故障信息成为可能。对双端量法在牵引供电系统中的应用做了一定的研究,目前采用双端时域阻抗法的故障定位方法有基于轨电位的故障定位和基于微分方程的故障定位两种。

3.5、基于轨电位的故障定位

根据双边供电下直流牵引网稳态模型建立短路故障模型,该模型作了如下简化处理。

假定两端变电所的交流侧相同且稳定运行,即不用考虑交流侧的影响;

假定将两端整流机组根据外特性等效为带内电阻的电压源;

假定钢轨为均句对称结构,具有一致的单位长度电阻,轨道与地之间只有纯阻性的电气联系;

回流系统可以纵向分解为上、下行钢轨、排流网和接地网3个单元组成,设两牵引变电所之间的距离为,横向以长度为划分成个单元格,即=/,其中表示钢轨各单元的电阻,表示钢轨与排流网各单元的过渡电阻,表示排流网各单元的电阻,两端牵引变电所馈线电流分别为、，根据基尔霍夫定律,可以求出短路点电流,即=+

4、结语

直流牵引供电系统联锁关系比较复杂,短路故障点比较多并且面广,不容易找,需要依据故障的现象、保护动作情况、重合闸情况等等进行综合的分析。地铁供电维保人员在平常的工作之中需要不断加强设备巡视、强化作业标准,从根本之上减少短路事故的出现,并且需要不断提升自身故障分析处理能力,最大限度地减少对于地铁行车以及运营的影响。

参考文献

[1]龚廷志.直流牵引供电系统数学模型与短路计算研究[D].北京交通大学,2009.

[2]王军,翁创业.直流牵引供电系统短路试验浅析[J].电力机车与城轨车辆,2011,04:64-66.

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[关键词]大伙房水库输水 TBM掘进 管理 隧洞开挖

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0185-01

1 概述

辽宁省大伙房水库输水是一项大型调水工程，其中隧洞工程为深埋、长大型，洞长85.32km，洞径8.0m，设计引水流量70m3/s，纵坡1/2380。

我公司承建的是TBM第3标段，也是本工程隧洞的出口段，位于新宾县木奇镇境内。起点桩号66+846.420m，终点桩号85+316.114m，隧洞总长18469.694m。于2005年7月12日开工，2007年12月19日开挖完毕，2009年9月21日通水。

本标段在桩号76+404.817m处有一条16#施工支洞与主洞相交。主洞施工选用了美国罗宾斯（Robbins）生产的敞开式硬岩掘进机掘进，TBM在主洞出口洞外组装，向上游掘进。

2 设备特点

2.1 刀盘变频驱动

掘进刀盘直经 8.03m，19”刀具，中心刀8把，正滚刀35把，边刀 8把。刀盘额定推力 14，373kN，最大推力22，934kN，刀盘采用变频电动机（VFD）驱动。在掘进过程中，洞线岩性差别变化大，遇软岩时要求TBM小推力、低转速，遇硬岩时则要求TBM大推力、高转速掘进。变频驱动能无级变速，自动适应不同围岩硬度要求，达到快速掘进之目的。

2.2 激光导向

采用PPS激光导向系统，控制掘进方向。该导向装置包括激光发射器、激光接受器、中心控制电脑、显示装置、记录装置。系统从三维空间来自动确定TBM的确切方位和掘进方向。同时，也给司机提供了关于机器偏离设计中线的所有信息。掘进司机在操作室内可通过相应的液压油缸调整TBM的掘进方向 。本标取得了贯通误差横向13mm、竖向0.5mm的良好效果。

2.3 支护系统

掘进机上配有支护系统，包括钢拱架安装器、锚杆钻机（可做超前钻机）、钢筋网安装器、注浆泵、混凝土喷射机等，随着掘进及时对围岩支护 。

2.4 连续皮带出碴

采用大功率、长距离 （10Km） 、可延伸、可控起动的连续皮带机出渣。带宽914mm、带速2.9m/s，设计输送能力800 t/h。运输流程是：刀盘铲斗拾起渣料通过刀盘溜渣槽TBM主皮带机连接桥皮带机后配套皮带机隧洞连续皮带机洞外转渣皮带机临时堆渣场自卸汽车倒运弃渣场。皮带机头部驱动装置设在洞外或主支洞交叉处，皮带沿洞壁设置。随TBM钻进逐步放出储带仓内皮带，储带仓可储存620m长皮带，一次可延伸300m皮带机，放完后再接长皮带。皮带按“指针法”硫化接头，以保证TBM连续施工。

2.5 高压电缆进洞

TBM最大用电负荷为3705kW。机上配备2×2000kVA+1×1000kVA变压器。洞外将供电线路升压至20kV，通过洞内铺设的YJV22-3×95mm2高压电缆给TBM供电。TBM后配套设有高压电缆卷筒，可储备300m电缆。随着TBM向前掘进，不断放出电缆，当电缆全部放出后，TBM停机，用TBM上的柴油发电机给电缆卷筒供电，再把新一卷电缆重新绕到卷筒上。

2.6 通风能力强

首次使用长距离（10Km）、大风量、低泄漏风管、变频控制的独头通风系统。隧洞最大通风长度为16#施工支洞洞口至本标终点，16#施工支洞长643m，支洞距主洞终点长9558m，总长10201m。用压入式通风。洞口安装一台轴流风机，型号为152-109-1470，功率150Kw，供风量25m3/S，送风到TBM后配套系统，给工作面供风。送风管道为进口优质软风管，直径2.2m，每节长300m。该风管主要特点是摩擦阻力系数低，为0.0024。漏风率低，每节露风量为0.13m3/ s。

TBM后配套装有吸尘器和湿式过滤器，用来吸收滚刀破岩时和喷锚支护时产生的粉尘。同时通过刀盘喷水降温装置，也能控制粉尘产生。

2.7 有轨机车运输

用有轨机车运输支护材料和掘进中所需的设备配件。有轨机车轨道为43kg/m，轨距900mm，机车用电瓶驱动，有利于减少洞内空气污染。每列车由1节机车，1节钢拱架、钢筋网、锚杆运输车，2节钢轨车，2节喷混凝土料车，1节人员车组成。

3 TBM钻进的管理特点

只有控制好设备的完好率及时间利用率，才有保证TBM快速掘进，在TBM完好率及时间利用率上，靠的是狠抓设备的管、用、养、修 几个环节。按规定时间检查保养设备，更换易损件。每天24小时分三个班作业，两个班掘进，一个班维修保养。做到了定期维修保养，改变了设备不坏、掘进不停的旧理念。另外在保证质量、安全前提下，班进尺和每个人经济利益挂钩，调动了生产人员的积极性。

4 加快进度其它措施

4.1 充分发挥施工支洞作用

在TBM钻进到16#施工支洞之前，用钻爆法将主支洞交叉处的主洞检修间开挖完毕，利用检修间，将TBM全面维修一次，保持设备的完好性。同时将TBM供电、供水、通风、出渣、掘进材料供应全部转移到16#支洞，缩短了供应距离，加快了施工进度。

4.2 地表条件利用

利用天然河道隧洞埋深浅、道路易修处，设施工投料井，衬砌混凝土从投料井进入，减少洞内相互干扰，缩短运输距离，加快了衬砌速度。同时、该井还有改善通风条件功能。

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关键词：电气工程；施工设备；故障诊断

中图分类号：F407文献标识码： A

1、电气工程施工设备使用的现状

与传统的人力施工方式相比,机械设备的使用,在很大程度上提高了施工的效率。随着近年来信息技术的发展,人们在机械设备的基础上,增加了一个智能芯片,写人特定的程序后,就可以让设备自动运行,按照人们的设定,来执行相应的命令,这些自动化程度较高的电气设备的使用,进一步提高了施工的效率。考虑到电气设备的重要性,我国非常重视电气设备的使用,但是受到技术水平的限制,目前市面上的先进电气设备,大多是由国外的公司生产的,我国只能生产一些简单的设备,这种情况严重的影响了我国电气设备的使用,在实际施工的过程中,这些设备虽然可以极大的提高施工的效率,但是在出现故障时,由于我国技术人员自身的素质较低,很难及时的对设备进行修复,为了很好的解决这个问题,一些企业聘请了国外的技术人员,在很大程度上增加了施工的成本,由此可以看出,我国电气工程施工设备的使用情况并不乐观,在实际使用的过程中,经常会出现一些小故障。

2、电气设备故障诊断系统具备的作用

2.1、电气设备诊断方面

电气设备故障诊断系统在诊断电气设备故障的时候，能够找出电气设备发生

故障的位置。首先，初期对电气设备进行诊断的过程中，在系统选择页面上选取需要诊断的机械设备;其次，按照选取的电气设备，将与其相应的数据库中的信息数据调取出来，然后根据数据库信息数据找出电气设备发生故障的位置;最后，根据数据库中的信息数据对电气设备出现故障问题的原因进行分析，为电气设备故障诊断提供合理的依据。电气设备故障诊断完成之后，应当标记经常发生故障的电气设备，采取针对性处理，以此提升电气设备的运行效率与质量，确保电气设备在运行过程中的安全性、稳定性。

2.2、精密部件诊断方面

电气设备故障诊断系统在确定发生故障的电气设备以及故障位置之后，还要对电气设备故障发生机理、细节进行分析，以此为电气设备故障的处理提供相应的条件。分析电气设备故障发生机理，主要是对电气设备内部中精密部件出现的问题进行诊断。电气设备故障诊断系统中，主要是利用人机交互来诊断精密部件;诊断人员在电气设备故障诊断系统中将出现故障的电气设备信息数据调取出来，并且由诊断人员对电气设备故障系统提出的问题进行回答，然后系统针对诊断人员的回答进行推理，并且确定最终的诊断答案。

2.3、电气设备故障处理方面

电气设备故障诊断系统不仅具备诊断电气设备故障的功能，还具备处理电气设备故障的功能，可以总结中解决电气设备故障的主要方法;尤其是对一些已经了解与掌握故障出现原因，但是无法对其进行有效处理的电气设备。对于此类电气设备故障问题，利用计算机系统进行分析，就能够给出一个合理、适当的解决方法，防止电气设备故障无法处理的状况发生。

3、电气工程施工设备容易出现的故障

3.1、元器件的损坏

考虑到电气设备的特点,在实际工作的过程中,受到各方面因素的影响,经常会发生故障,其中电子元器件的损坏,是比较常见的故障,尤其是一些复杂的设备,采用的元器件种类和数量很多,如果供电电压不稳,或者处于长时间的工作状态,一些元器件就容易损坏,这种故障修复比较困难,如电阻和电容发生损坏,这些元器件通常焊接在电路板上,要想更换这些器件,必须在不损坏其他部件的基础上,拿下坏掉的元件,然后重新焊接上好的元件。通常情况下,元器件的损坏主要有两个原因,分别是外界环境和自身老化,其中自身老化是不可避免的,对于每个电子元器件来说,都有一定的寿命,随着设备的使用,这些元器件的寿命越来越短,达到某个临界点后,就会出现损坏,而外界环境的原因是可以避免的,如电压不稳或者撞击等问题,在使用设备的过程中,利用一些特殊的手段,都可以得到很好的控制。

3.2、软件方面的故障

随着自动化技术的普及应用,现在的电气工程施工设备,几乎都集成了智能芯片,根据实际使用的需要,都会事先设定好相应的程序,如果电气设备自身比较复杂,那么就很容易出现软件上的故障,如设备停止工作,或无法完成应有的功能。设备的软件出现问题,在我国的电气工程施工设备使用中非常普遍,受到我国施工人员自身素质的影响,很难执行标准的操作。即使设备的自动化程度很高,依然需要少量的人员来操作,监测设备工作的情况,同时定期的对设备进行维护。通过实际的调查发现,我国的这些技术人员,自身的专业素质普遍较低,在实际工作的过程中,只能够完成监测的工作,在设备出现问题时,无法及时的对故障进行诊断,然后采取针对性的处理措施。由此可以看出,电气工程施工设备软件方面的故障,在我国出现的比较多,极大的影响了电气设备的使用,要想很好的解决这个问题,首先应该提高技术人员的素质,虽然近些年我国一直在进行教育改革,在一定程度上提高了教育的水平,但是技术人员的理论知识掌握较好,而实践能力较差,毕业进人工作岗位后,需要一段适应的时间。

4、电气工程施工设备故障诊断

4.1、用微机进行电气设备故障诊断

1）故障信息的来源

电气设备故障时，要求调度员能迅速、准确地判明发生的故障，尽快恢复系统的正常运行。提高故障判断的正确率，实现电网故障的快速诊断和恢复，对故障前后的原始电气量和非电气量的快速准确获得提出了较高的要求。

目前己有的监测系统可向调度端提供开关变为信息；微机保护装置可判断出电网局部故障类型，给出相应的告警和出口动作，并可进行事故追忆、事故重演等。当发生复杂故障时，这些信息还不足以分析故障原因的和判断故障类型，也谈不上对故障作快速诊断恢复处理。微机录波器能反映出故障前、后电网电气量的瞬间变化及继电保护动作的状态，是对现代电网故障进行深入研究的基础，也是评价继电保护动作及分析设备故障性质、原因的重要依据。

2）高压断路器的特征参数采集

保持微机保护装置现有的硬件平台基本不变(可多增加几路模拟／开关通道)，而软件中嵌入故障诊断信息库。将这些参数实时通过相应的传感器采集出来后，进行一些处理，然后传送到保护装置中，与其中的故障诊断信息库进行比对，预测可能发生故障的趋势或判断出相应的故障，进而发出预告或动作信号。

4.2、故障诊断与微机继电保护的集成化

首先应该建立故障诊断的硬件平台高压断路器的硬件平台，创建高压断路器故障诊断的监测和诊断流程，组织好故障诊断知识库。

真空断路器状态监测与诊断系统数据库包括实时数据库(静态数据库、动态数据库)、历史数据库和专家知识库三大部分。专家知识库是诊断知识的存储场所，用于存储设备的原理性知识、专家经验等诊断知识，为诊断系统的诊断推理过程提供知识支持。实时数据库的数据记录是随着智能监测与诊断系统的运行而不断变化，用于存放断路器各种实时状态信息、诊断推理的初始报普信息、功能故障信息、诊断推理结论等。历史数据库与实时数据库具有相似的存储结构，数据记录通过实时 。

其次是数据定时转储形成。 实时数据库主要存储当天的实时信息，历史数据库和实时数据库具有相同的格式，但是其保存的信息量更大，是历史所有数据的存储空间，但是其时标不是实时数据库的严格时标，因为为了节省空间，对其进行了数据挖掘和优化。专家知识库是所有与优化检修诊断决策相关专家知识的知识仓库，是系统智能程度的表现。所有数据的存储都严格按照知识描述框架的要求进行。为系统的智能性、开发性打下基础。

结束语

随着社会的发展，电气设备已经得到了普及应用,但是电气设备在实际的使用中,因为年限的原因也会经常发生一些故障，从而影响到工程的进行，因此我们必须要加强这方面的研究。

参考文献

[1]李武云.电气工程施工设备故障诊断分析[J].统计与管理,2014,06:159-160.