淺談電壓波動對地鐵電氣設(shè)備運行的影響及防治措施

孫鎖鳳 王蒲民

【摘 要】電力系統(tǒng)受到雷電的沖擊或大量沖擊性負(fù)荷、間歇性負(fù)荷的存在及各種電氣設(shè)備短路故障的發(fā)生，常常導(dǎo)致系統(tǒng)電壓短時快速變動，即電壓波動。電壓波動對地鐵電氣設(shè)備運行的影響，直接影響到地鐵運營的質(zhì)量；本篇文章從地鐵電壓波動的產(chǎn)生原因入手，較詳細(xì)論述了電氣設(shè)備受到電壓波動的各種影響，最后提出了針對性防治措施。

【關(guān)鍵詞】電壓波動產(chǎn)生；地鐵設(shè)備運行的影響；防治措施

西安地鐵運營的一、二、三號線，每天運行著幾千臺電氣設(shè)備，擔(dān)負(fù)著西安地鐵全部電能的轉(zhuǎn)換和應(yīng)用，每臺電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，直接影響到地鐵的正常平安運營秩序。引起電壓波動的原因有：發(fā)電入網(wǎng)及輸電損耗、電涌的產(chǎn)生、高壓尖脈沖、供電系統(tǒng)各種短路故障電流引起的電壓波動、暫態(tài)過電壓、電壓下陷、誤操作等。地鐵電氣設(shè)備只有在額定電壓的允許范圍內(nèi)，才能保障電氣設(shè)備安全運行和使用壽命，但西安地鐵每個月都在發(fā)生電壓波動。

一、電壓波動對地鐵電氣設(shè)備的影響

電壓波動包含電壓突然升高和電壓瞬時降低。根據(jù)《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》（GB12325-90）規(guī)定電力系統(tǒng)在正常運行條件下，供電電壓的允許偏差為：（1）35kV及以上供電和對電壓質(zhì)量有特殊要求的，為額定電壓的+5%～-5%；（2）10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的+7%～-7%；（3）低壓照明用戶為額定電壓的+5%～-10%。當(dāng)?shù)罔F電氣設(shè)備端電壓波動超過允許值時，電氣設(shè)備的性能、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量等都將受到影響。

1.1、電壓突然升高對地鐵接觸網(wǎng)線路的影響

1.1.1、電壓高于額定值范圍允許值，將造成電氣設(shè)備過電壓，威脅絕緣強度，甚至造成絕緣擊穿。對于西安地鐵額定電壓DC1500V接觸網(wǎng)線路，如果過電壓大于2.4kV，就會使避雷器動作；也可能形成絕緣部件閃絡(luò)或擊穿，造成短路故障，變電所保護(hù)裝置動作，斷路器跳閘，中斷供電。在西安地鐵的電客車最高電壓是1800V，當(dāng)電壓超過1800V時，電客車的過壓保護(hù)裝置動作，讓相應(yīng)的電客車斷路器跳閘，電客車失去電能，自然停止運行。

1.1.2、如果電壓略高于額定值范圍允許值，電氣設(shè)備運行電流就會增大，這樣就會大大降低了電氣設(shè)備的正常使用壽命。

1.1.3、白熾燈，電壓高于額定值的10%時，電能損耗會增大21%，壽命要縮短70%。這樣不但要多使用白熾燈，還會增加維護(hù)更換人員的工作量。

1.2、電壓瞬時降低對西安地鐵電氣設(shè)備的影響

1.2.1、當(dāng)電壓低于1000V時，電客車的失壓保護(hù)裝置動作，讓相應(yīng)的斷路器跳閘，電客車失去電能，中斷行車。

1.2.2、西安地鐵全部異步電動機，電壓波動會使其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率、負(fù)荷電流都受到影響，造成轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或過負(fù)荷現(xiàn)象。當(dāng)電壓低于額定電壓10%時，電動機電磁轉(zhuǎn)矩約下降為額定轉(zhuǎn)矩的81%，負(fù)荷電流將增加5%～10%以上，溫升將增高10%～15%以上，而且啟動時間延長，絕緣老化加快、繞組線圈發(fā)熱、損耗增加、效率下降及功率因素下降，影響電動機的壽命。對于電氣磁啟動控制或裝有失壓保護(hù)的異步電動機，瞬時電壓下降會導(dǎo)致這些保護(hù)裝置動作，自動手扶電梯突然停止運轉(zhuǎn)，直接威脅乘客的人身安全。

1.2.3、電壓瞬間下降，會造成西安地鐵變電所“交直流系統(tǒng)充電模塊瞬時失電”、“整流變溫控器瞬時失電”、部分“保護(hù)裝置啟動”等告警現(xiàn)象。

1.2.4、熒光燈亮度隨電壓波動而變化，當(dāng)電壓在較大范圍內(nèi)持續(xù)波動時有閃爍感。電壓低于額定值時，發(fā)光效率急劇下降。高壓汞燈，當(dāng)電壓降低20%～30%，導(dǎo)致站廳內(nèi)的照明設(shè)備持續(xù)0.5～1秒熄滅。

西安地鐵已經(jīng)發(fā)生電壓波動多次，2017年三條線共發(fā)生電壓波動31次，2018年1月至9月，三條線共發(fā)生電壓波動57次。例如2018年7月26日14：27因外部110kV電源電壓波動影響：一號線金花主變電站、三號線務(wù)莊主變電站電壓波動，造成一號線玉祥門至紡織城部分車站電扶梯、風(fēng)機停止運行，浐河一臺冷機故障；三號線青龍寺至保稅區(qū)部分車站大小系統(tǒng)、風(fēng)機停止運行。行政中心

主站電壓波動，行政中心主站3540備自投I母有壓動作恢復(fù)；3541對側(cè)有壓恢復(fù)動作；3543對側(cè)有壓恢復(fù)動作；110KV備自投I母有壓恢復(fù)動作；110KV備自投II母有壓恢復(fù)動作；3540備自投II母有壓動作恢復(fù)；北大街至車輛段部分車站106、107整流變溫控器故障報警動作恢復(fù)；交直流屏充電模塊告警動作恢復(fù)；北客站交直流屏充電機無輸出告警動作恢復(fù)；交直流屏輸入過欠壓告警動作恢復(fù)。

二、電壓波動的防治措施

2.1、西安地鐵供電系統(tǒng)采用“雙回路”供電，即使其中一條回路發(fā)生嚴(yán)重故障，無法送電時，系統(tǒng)會自動使用另一條回路提供電能，安全系數(shù)非常高。地鐵即使一旦發(fā)生大面積的停電事故，車站的照明會采取蓄電池直接供電，可保證不低于60分鐘的照明時間，而車輛在行進(jìn)中即使遇上停電，自身也有足夠的慣性行駛至車站，保障乘客及時進(jìn)行疏散。西安地鐵合理設(shè)計主站主變壓器的分接頭的數(shù)量，保證了電氣設(shè)備的電壓水平，同時主變電站主變壓器采用有載調(diào)壓變壓器，隨時調(diào)壓應(yīng)對較長時間的電壓波動。

2.2、電壓過高/過低等保護(hù)配備齊全、整定合理、動作準(zhǔn)確迅速，將事故影響降至最低。設(shè)置電容器進(jìn)行人工補償。電容器分為并聯(lián)補償和串聯(lián)補償。并聯(lián)電容器補償能改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率分配，抑制電壓波動，提高功率因數(shù)，改善電壓的質(zhì)量。串聯(lián)補償則能改變線路參數(shù)，減少線路電壓損失，提高線路末端電壓并減少電能損耗。

2.3、線路出口加裝限流電抗器，可以增加線路的短路阻抗，限制線路故障時的短路電流，減小電壓波動幅值，提高變電所的母線短路時的殘壓。在大容量電動機計劃性啟動時，預(yù)先調(diào)高電壓。

2.4、架空、電纜線路的電抗約為0.4與0.08Ω/km。在同樣長度的架空線路和電纜線路上因負(fù)載波動引起電壓波動是相當(dāng)懸殊的。西安地鐵采用電纜線路供電，并合理增大電纜截面積。

2.5、電力穩(wěn)壓器能在配電網(wǎng)絡(luò)的供電電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時，自動保持輸出電壓的穩(wěn)定，確保電氣設(shè)備的正常運行。重要小容量設(shè)備用UPS供電。故障時，UPS可為重要儀表、計算機設(shè)備提供不間斷電源，保證儀表指示正確、計算機數(shù)據(jù)不丟失等。

2.6、大型電動機啟動采用軟啟動器、變頻器等新技術(shù)，降低啟動沖擊電流和電壓波動。采用調(diào)整設(shè)備無壓釋放時間參數(shù)、加裝穩(wěn)壓及不間斷電源裝置、設(shè)置雙回路自切供電、斷電自復(fù)裝置等手段，加強設(shè)備運行可靠性。

2.7、建立電壓波動檔案，熟知設(shè)備故障信息分析方法。嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，選用帶五防功能的高壓開關(guān)柜。加強技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)學(xué)習(xí)，防止發(fā)生災(zāi)難性的誤操作。

三、結(jié)語

電壓波動將直接影響電氣設(shè)備使用電能的質(zhì)量，影響著對電能的正常和安全應(yīng)用。我們將在今后的工作中，進(jìn)一步學(xué)習(xí)、探索、研究，不斷總結(jié)工作經(jīng)驗，從設(shè)計入手，針對電壓波動的不規(guī)則急劇變動，采取對應(yīng)措施，根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)備運行經(jīng)驗，不斷完善西安地鐵電氣設(shè)備的安全運行條件，將電壓波動造成的影響降低到最小。