地鐵供電系統(tǒng)變壓器故障分析與解決措施

摘要：供電系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行中尤為重要的組成部分，供電系統(tǒng)中的變壓器一旦出現(xiàn)故障，將會造成城市地鐵交通運(yùn)輸?shù)陌c瘓，給人們的安全出行和人身財產(chǎn)帶來一定的隱患。文章結(jié)合實(shí)例對電力變壓器的故障類型進(jìn)行了詳細(xì)分析，并著重提出了一些解決方案以為地鐵安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供借鑒。

關(guān)鍵詞：城市地鐵；供電系統(tǒng)；變壓器故障

中圖分類號：TN14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0119-02

地鐵是靠電力牽引的電動列車，地鐵上的一些輔助設(shè)施如照明、空調(diào)、通風(fēng)、排水、通信、自動扶梯和防災(zāi)報替等，都依靠電能才能運(yùn)行，而電能是靠供電系統(tǒng)提供的，電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備就是變壓器，一旦發(fā)生故障后果將不堪設(shè)想。因此，本課題通過對地鐵供電系統(tǒng)變壓器故障分析和研究，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，摸索總結(jié)出系統(tǒng)中一定的故障規(guī)律，以便指導(dǎo)地鐵的日常維護(hù)來確保地鐵安全可靠地運(yùn)行。

1 地鐵電力系統(tǒng)主要能源

1.1 高壓供電

1.3 混合供電方式

即集中式和分散式兩者結(jié)合的供電方式，其中以集中式供電方式為主，分散供電方式為輔，兩者的完美結(jié)合使供電系統(tǒng)更加完善、更加可靠。

1.4 地鐵內(nèi)部供電

地鐵內(nèi)部供電是由牽引和動力照明的供電系統(tǒng)組成，首先將牽引變電所產(chǎn)生的三相高壓交流電轉(zhuǎn)換成適合實(shí)際需要的低壓直流電，然后再經(jīng)過饋電線送到接觸網(wǎng)上，最后就可以供地鐵車輛使用。像車站和區(qū)間的各類照明、風(fēng)機(jī)、扶梯、信號等自動化設(shè)備都需要依賴此方式供電才能運(yùn)行。

2 變壓器故障分析與保護(hù)

2.1 故障類型

內(nèi)部故障：包含相間、單相接地和繞組匝間三種短路方式。這些故障帶來的危害非常大，發(fā)生故障產(chǎn)生的高溫電弧很容易燒毀鐵芯，而且使變壓器的油絕緣因受熱分解生成大量的氣體，從而引發(fā)油箱爆炸。

外部故障：是指引線及套管處之間產(chǎn)生短路和接地

故障。

2.2 變壓器保護(hù)

為避免這些故障的發(fā)生就需要對變壓器進(jìn)行保護(hù)，具體實(shí)施方法如下：

（1）瓦斯保護(hù)：適用于高于0.8MVA油浸式變壓器和高于0.4MVA戶內(nèi)變壓器保護(hù)，瓦斯保護(hù)可防止繞組的相間短路和匝間短路故障的發(fā)生，變壓器油絕緣因受熱分解產(chǎn)生大量氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，通過反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動的速度構(gòu)成瓦斯保護(hù)。

（2）縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)：此方法可避免變壓器繞組和引出線的相間短路、中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組短路、引線接地短路以及繞組匝間短路問題。裝設(shè)差動保護(hù)適用于并列運(yùn)行變壓器（6.3MVA以上）和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器（含10MVA及10MVA以上）也適用于6.3MVA及以上的廠用變壓器，而對于變壓器（10MVA以下）過流大于0.5時則采用電流速斷進(jìn)行保護(hù)。

（3）安裝過電流保護(hù)可以把因相間短路所造成的過電流等問題進(jìn)行有效地解決，還可以當(dāng)成縱差保護(hù)及瓦斯的后備保護(hù)措施。一般為變壓器選取在反應(yīng)相間上短路電流加強(qiáng)時會做出動作的那種電流保護(hù)當(dāng)作后備保護(hù)措施。同時如果安裝阻抗保護(hù)、復(fù)合電壓在啟動時過電流保護(hù)、過電流保護(hù)、負(fù)序時過電流保護(hù)與低壓啟動時過電流保護(hù)可較好達(dá)到其對靈敏度的需求。

（4）對大于110kV的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的變壓器，應(yīng)裝設(shè)零序電流對其進(jìn)行保護(hù)。在裝設(shè)過程中要注意其電流的大小和系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地臺數(shù)和位置關(guān)系，從而有效避免大接地電流系統(tǒng)中單項(xiàng)和兩相接地所發(fā)生的短路現(xiàn)象。

（5）裝設(shè)過勵磁保護(hù)：勵磁涌流對變壓器的危害性不大，這種沖擊電流發(fā)生的時間相當(dāng)短暫，帶來的影響可忽略不計(jì)，但對變壓器進(jìn)行多次連續(xù)合閘充電所帶來的大電流沖擊對繞組間的機(jī)械力作用會帶來影響，一般會造成該固定物松動。同時，勵磁通流還能引起變壓器的差動保護(hù)，其發(fā)生的故障類型較多，按照回路進(jìn)行劃分可分為電路故障、油路故障和磁路故障。以變壓器所構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，可將故障劃分成鐵芯、繞組、附件及油質(zhì)四種故障形式。像絕緣故障、滲漏故障、鐵芯故障、保護(hù)誤動等故障等都是比較易發(fā)生的類型，只是有的反應(yīng)的是熱故障，有的是電故障。還有一種情況則是因?yàn)闊峁收虾碗姽收贤瑫r引起的。

3 變壓器發(fā)生故障帶來的嚴(yán)重影響

供電系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行的動力保證，一旦發(fā)生故障將會影響整條線路的正常運(yùn)營，甚至造成重大的人身安全和經(jīng)濟(jì)損失，例如：發(fā)生在1995年10月28號的阿塞拜疆巴庫地鐵失火事故，當(dāng)時該列車的第三節(jié)和四節(jié)車廂濃煙密布續(xù)而開始著火，經(jīng)查實(shí)是由于電氣設(shè)備發(fā)生故障而引起的，這次事故造成了558人死亡和269人受傷，其經(jīng)濟(jì)損失甚大。2003年7月15號，從蓮花路開往翠莊的上海地鐵一號發(fā)生突然停電，停運(yùn)長達(dá)一小時零二分鐘，經(jīng)查實(shí)因地鐵牽引變電站的直流開關(guān)發(fā)生跳閘使得車身蓄電池電量虧損，導(dǎo)致該列車不能正常啟動。2004年7月22號，廣州地鐵一號線突遇停電，被迫停運(yùn)長達(dá)近2個小時，其中有6個地鐵站遭遇乘客集體退票，人數(shù)多達(dá)3900名，在社會上引起了不小的轟動。

因此，對地鐵供電系統(tǒng)中變壓器的保護(hù)變得尤為重要，這樣才能保證地鐵供電系統(tǒng)安全可靠的工作，以達(dá)到地鐵正常、安全的運(yùn)營。一方面既保障了乘客人身安全和減少了因此故障帶給社會的巨大經(jīng)濟(jì)損失，另一方面也抑制了社會秩序發(fā)生混亂的現(xiàn)象，對社會安定、繁榮的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。

4 變壓器故障解決方法

（1）對三相電壓進(jìn)行定期檢查，如發(fā)現(xiàn)電壓嚴(yán)重失衡，要立刻采取正確措施對其進(jìn)行調(diào)整，還要對變壓器的油位、油色和溫度及時檢查，以防止?jié)B漏。呼吸器里干燥劑一旦發(fā)生顏色變化要立刻更換。

（2）采取正確的防污措施對配電變壓器進(jìn)行保護(hù)，安裝配套的套管防污帽和及時清理變壓器污垢，檢查管道是否有閃絡(luò)放電現(xiàn)象。避免斷線、脫焊和斷裂的情況發(fā)生，還要對接地電阻進(jìn)行定期遙測。

（3）配電變壓器在拆除過程中有螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動的情況，需嚴(yán)格處理，在確保無誤的情況下才可投運(yùn)。取用銅鋁過渡線夾二次導(dǎo)線的接線方式一定要合理選擇，用導(dǎo)電膏涂抹于接觸面，使接觸面積增大，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，減少發(fā)熱引起氧化。

（4）配電變壓器初步側(cè)裝避雷針，一定要選擇合格的避雷器，并定期對避雷器的預(yù)防性進(jìn)行試驗(yàn)，減少雷擊諧振給變壓器帶來過電壓的現(xiàn)象，對電感設(shè)備配備相對多的變壓器（100kVA以上）其上層油溫控制在85℃以下。

（5）損壞變壓器的原因很多，二次短路的發(fā)生是其損壞的直接因素。因此，對配電變壓器的熔絲選擇很關(guān)鍵，其額定電流應(yīng)在1.2～1.5之間，即便是因低壓而產(chǎn)生短路，熔絲對變壓器起到關(guān)鍵保護(hù)作用。

（6）當(dāng)變壓器的三相負(fù)載電流、電壓都不平衡時，應(yīng)視為最大電流的負(fù)荷。若高于額定電流25%時，要將負(fù)荷進(jìn)行三相間的重新分配。

5 結(jié)語

綜上所述，只要定期對設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度來辦事，做好本職以內(nèi)的工作，熟練掌握地鐵變壓器故障產(chǎn)生的諸多原因，做到日常維護(hù)、人人保護(hù)的原則，就可以減少或避免變壓器故障的產(chǎn)生，從而對地鐵安全可靠的運(yùn)營提供保障。

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作者簡介：趙惠（1980—），女，湖南衡陽人，供職于深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，研究方向：供電系統(tǒng)運(yùn)營。

（責(zé)任編輯：劉 晶）