試論地鐵供電系統(tǒng)中變壓器保護(hù)及故障解決

代斌

摘 要：地鐵作為當(dāng)前各大城市一種主要的出行方式，在緩解城市交通擁擠方面發(fā)揮了積極作用。但是由于地鐵在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境下運(yùn)行，因此保障地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)作就顯得至關(guān)重要。變壓器作為地鐵供電系統(tǒng)的核心元件，需要技術(shù)人員定期進(jìn)行檢修和維護(hù)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)有效的處理。文章首先介紹了幾種常見的變壓器保護(hù)措施，隨后分別從變壓器浸水處理、變壓器日常檢修等方面，就地鐵供電系統(tǒng)變壓器常見故障的解決措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；變壓器；保護(hù)方式；故障解決

一、地鐵供電系統(tǒng)變壓器的保護(hù)形式

1、瓦斯保護(hù)

將瓦斯繼電器安裝在變壓器和儲(chǔ)油柜之間，可以反映出變壓器運(yùn)行是否存在故障。由于瓦斯保護(hù)具有動(dòng)作迅速、結(jié)果靈敏且易于操作等優(yōu)點(diǎn)，因此也是現(xiàn)階段變壓器保護(hù)的一種主要形式。許多經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員，僅憑瓦斯氣體的一些特殊性質(zhì)或表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，就可以判斷變壓器是否出現(xiàn)故障，以及可能出現(xiàn)了哪種故障。例如，瓦斯本身是無色無味氣體，如果發(fā)現(xiàn)瓦斯氣體為灰黑色，則可能是油質(zhì)出現(xiàn)問題；瓦斯氣體為淺灰色，且有刺鼻臭味，則可能是絕緣板出現(xiàn)故障；瓦斯氣體為淡黃色或棕黃色，則可能是油中進(jìn)入氣體等。

其保護(hù)原理為：變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障后，會(huì)緩慢產(chǎn)生一定量的氣體，由于氣體密度小于油的密度，在氣體壓力作用下油面降低。此時(shí)儲(chǔ)油柜中的金屬空心浮球隨油面下降并最終與金屬觸點(diǎn)接觸，形成閉合回路，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果變壓器故障嚴(yán)重，則快速釋放的氣體導(dǎo)致儲(chǔ)油柜壓力短時(shí)間內(nèi)劇增，啟動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)，切斷變壓器的相關(guān)電源實(shí)現(xiàn)隔離保護(hù)。雖然瓦斯保護(hù)具有靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但是只能定性的反映變壓器故障，為了明確故障原因，多數(shù)情況下還要借助于其他保護(hù)手段進(jìn)行綜合分析。

2、變壓器溫度保護(hù)

受電流熱效應(yīng)的影響，變壓器在長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生大量的熱。這些熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了散熱器的處理能力，從而導(dǎo)致了變壓器內(nèi)部熱量逐漸累積，并導(dǎo)致機(jī)殼以及其他元件、線路溫度的升高。在通風(fēng)條件不好且溫度較高環(huán)境下，變壓器的絕緣性能降低，容易出現(xiàn)電氣事故并引發(fā)火災(zāi)。因此，在地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行中，做好變壓器的溫度保護(hù)工作顯得尤其重要。現(xiàn)階段常用的溫度保護(hù)措施主要有兩種：其一是采用信息化手段，將熱敏電阻制成溫度探頭裝在變壓器上，并設(shè)置安全溫度范圍，當(dāng)變壓器的實(shí)際溫度超過安全溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，以便于技術(shù)人員及時(shí)采取降溫措施；其二是采用物理手段，根據(jù)變壓器實(shí)際功率，在變壓器周圍安裝散熱風(fēng)機(jī)，加快熱空氣的流動(dòng)速率，也可以起到一定的溫度保護(hù)效果。

3、過電流保護(hù)

地鐵供電系統(tǒng)中的變壓器過電流保護(hù)與上文所提的幾種保護(hù)措施相比，可以看作是一種被動(dòng)的保護(hù)措施。一般針對(duì)解決的是在反映外部中由相間短路而引起的過電流問題，而對(duì)于因?yàn)闇囟茸兓鸬墓收希^電流保護(hù)因?yàn)闊o法準(zhǔn)確檢測和判定故障，很難發(fā)揮保護(hù)作用。對(duì)于地鐵供電系統(tǒng)中的變壓器而言，為了盡可能的滿足其運(yùn)行靈敏度的要求，要在其系統(tǒng)中安裝低壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)、負(fù)序過電流以及復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)裝置，為變電器的正常工作提供后續(xù)保障。

4、零序電流保護(hù)

零序電流保護(hù)是一種對(duì)變壓器中相鄰元件短路問題的后背保護(hù)措施，其主要解決的是反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)外部接地短路的問題。當(dāng)大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障的時(shí)候，供電系統(tǒng)變壓器的中性點(diǎn)接地位置和臺(tái)數(shù)就會(huì)對(duì)零序電流的大小和分布情況產(chǎn)生直接的影響。通常情況下，零序電流保護(hù)要安裝在110kV以上的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的變壓器當(dāng)中。

5、電流速斷與縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

對(duì)變壓器進(jìn)行電流速斷的縱聯(lián)差動(dòng)的保護(hù)，能夠有效的解決引線接地短路、繞組匝間短路以及相間短路等故障?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)主要包括了在穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)以及帶制動(dòng)特性三種情況下的差動(dòng)保護(hù)。通常情況下，電流速斷保護(hù)裝置要安裝在過流時(shí)限大于0.5s的10MVA以下的變壓器當(dāng)中，而縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置則要安裝在10MVA以上單獨(dú)運(yùn)行或6.3MVA以上并列運(yùn)行的變壓器當(dāng)中。

二、地鐵供電系統(tǒng)變壓器故障的解決措施

1、外施耐壓不合格故障的處理

在對(duì)變壓器進(jìn)行外施耐壓試驗(yàn)時(shí)，如果出現(xiàn)變壓器放電、跳閘等現(xiàn)象，則說明變壓器存在故障。為了進(jìn)一步確定故障源，技術(shù)人員首先需要根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中通過聽、看等方式，初步確定可能發(fā)生故障的部件，大致鎖定是那一相的問題。然后在利用工具將變壓器外殼拆開，將認(rèn)為出現(xiàn)故障的線路接入萬用表，檢測兩側(cè)電壓是否正常。如果實(shí)測電壓低于供給電壓，則說明低壓內(nèi)側(cè)導(dǎo)線與鐵心柱之間的距離過近，絕緣距離達(dá)不到設(shè)計(jì)距離。此類問題有兩種解決辦法，一是在導(dǎo)線和鐵心柱之間放置一塊一定厚度的絕緣板，間接提高絕緣性能；二是如果變壓器內(nèi)有充分多余空間，可以之間拉開兩者之間的距離。完成操作后，重新測定電壓，符合要求后完成故障排查。

2、變壓器潮濕或浸水處理

地鐵長時(shí)間在空氣濕度較大的環(huán)境下運(yùn)行，供電系統(tǒng)中的部分金屬元件表面因?yàn)闇囟容^低，接觸潮濕空氣后冷凝成水珠，并進(jìn)入到變壓器的風(fēng)機(jī)、鐵心中。不僅容易使鐵質(zhì)元件出現(xiàn)腐蝕，而且還會(huì)增加變壓器內(nèi)部元件的導(dǎo)電性，引發(fā)短路故障。另外，像鐵心的片子等結(jié)構(gòu)，由于本身存在很多細(xì)微的小孔，泥沙等雜質(zhì)進(jìn)入后還會(huì)影響變壓器正常功能的發(fā)揮，只能返廠維修或直接更換。因此，在進(jìn)行變壓器受潮或浸水故障處理時(shí)，一方面要確保變壓器工作環(huán)境的干燥性，例如安裝除濕器等方法，降低空氣濕度；另一方面，對(duì)于已經(jīng)受到影響的部分，要采取針對(duì)性的處理措施，例如銹蝕部分要及時(shí)除銹，并涂刷防腐漆；潮濕部位要及時(shí)用風(fēng)機(jī)烘干等。完成干燥工作后，利用設(shè)備檢查變壓器絕緣電阻是否符合要求，以確保變壓器能夠正常工作。

3、變壓器的日常監(jiān)測與維護(hù)

在地鐵運(yùn)行期間，變壓器的工況也會(huì)不斷的發(fā)生變化，這就需要技術(shù)人員定期開展變壓器檢修和維護(hù)工作，從而對(duì)變壓器可能存在的故障隱患及時(shí)排查。具體的維護(hù)工作流程為：首先，確定變壓器檢修計(jì)劃，包括需要具體進(jìn)行檢查的內(nèi)容以及檢查工作的頻率等。根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)環(huán)境的不同，如果環(huán)境相對(duì)整潔、干燥，可以適當(dāng)延長檢修時(shí)間，一般來說每年進(jìn)行一次整體檢修即可；對(duì)于環(huán)境較差的情況，則應(yīng)當(dāng)每半年或每季度開展一次檢查；其次，采取綜合檢修和維護(hù)手段。除了由技術(shù)人員現(xiàn)場檢測外，還可以借助于各類手持檢測設(shè)備，以提高故障檢修效率。例如變壓器絕緣電阻測試、靜觸頭的壓力測試等；最后，根據(jù)檢查結(jié)果如實(shí)填寫檢測報(bào)告，為后期地鐵供電系統(tǒng)管理工作開展提供參考。

結(jié)語：地鐵由于自身運(yùn)行環(huán)境的特殊性，決定了必須要加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的重視。變壓器作為供電系統(tǒng)的主要設(shè)備，直接決定了整個(gè)地鐵供電系統(tǒng)的使用情況。因此，技術(shù)人員一方面要做好變壓器保護(hù)工作，通過瓦斯保護(hù)、過電流保護(hù)等方式，確保變壓器運(yùn)行過程中不出現(xiàn)故障；另一方面又要落實(shí)好檢修工作，對(duì)檢修中發(fā)現(xiàn)的潛在問題進(jìn)行及時(shí)處理，避免問題擴(kuò)大化。通過雙管齊下，讓變壓器能夠始終處于健康運(yùn)行狀態(tài)，確保地鐵供電系統(tǒng)正常使用。

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