淺談電壓波動對地鐵電氣設(shè)備運(yùn)行的影響及防治措施

張勝 彭輝

摘 要：地鐵供電系統(tǒng)電壓波動直接影響到運(yùn)營的質(zhì)量;電壓突然升高，電氣設(shè)備的絕緣受到威脅，甚至擊穿;電壓瞬時(shí)下降，電氣設(shè)備難以正常運(yùn)行，甚至突然停運(yùn)。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;擊穿;地鐵設(shè)備運(yùn)行的影響;防治措施。

引言

電力系統(tǒng)受到雷電的沖擊或突擊性、間歇性負(fù)荷的存在及電氣設(shè)備發(fā)生短路故障，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓瞬時(shí)快速變動，即電壓波動。西安地鐵每天幾千臺電氣設(shè)備運(yùn)行，擔(dān)負(fù)著西安地鐵全部用電設(shè)備電能的輸送，每臺電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響到地鐵的安全運(yùn)營秩序。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(yùn)行和使用壽命，但西安地鐵幾乎每月均在發(fā)生電壓波動。

1.電壓波動產(chǎn)生原因

1.1發(fā)電入網(wǎng)及輸電損耗。電力系統(tǒng)連接成千上萬的負(fù)載，其中有感性、容性、開關(guān)電源等負(fù)載，不僅從電網(wǎng)中獲得電能，還會反過來對電網(wǎng)自身造成影響，嚴(yán)重惡化電網(wǎng)或局部電網(wǎng)的供電品質(zhì)，造成電力系統(tǒng)電壓波動。隨用電量的增加，加上輸電過程中的電能損耗等原因，導(dǎo)致末端用戶電壓過低，首端經(jīng)常電壓偏高，使得電氣設(shè)備無法處在正常電壓下工作。

1.2高壓尖端脈沖。高壓尖端脈沖主要是由于電弧放電、雷擊、靜態(tài)放電及大型設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生的。這種脈沖電壓具有突變性和不連續(xù)性，一旦產(chǎn)生將對供電設(shè)備造成極大的影響，持續(xù)時(shí)間從0.1ms至20ms的電壓。

1.3短路故障引發(fā)的電壓波動。西安地鐵有高、低壓線路及電氣設(shè)備，由于各種原因引發(fā)的短路。若斷路器或繼電保護(hù)裝置失靈，將造成大面積停電，延長整個(gè)波動時(shí)間，同時(shí)擴(kuò)大電壓波動范圍。即使繼電保護(hù)動作準(zhǔn)確，也不可避免會在斷路器斷開故障點(diǎn)之前，在系統(tǒng)內(nèi)造成晃點(diǎn)事故。

1.4暫態(tài)過電壓。暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作不當(dāng)或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達(dá)到某種相對穩(wěn)定情況下所出現(xiàn)的過電壓。所有的電氣設(shè)備均在工頻電源下工作，由于遠(yuǎn)距離空載電纜電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不均勻，末端電壓最高，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備瞬間過電壓，持續(xù)時(shí)間介于百萬分之一秒和萬分之一秒之間。

1.5誤操作。由于對設(shè)備五防功能不清楚、操作人員的技能水平差及責(zé)任心不強(qiáng)等原因造成誤操作，引起設(shè)備無停電甚至弧光短路，容易造成人身事故。

2.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(shí)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(yùn)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)備端電壓波動超過設(shè)定時(shí)，電氣設(shè)備的性能、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量等均將受到影響。

2.1電壓突然升高對地鐵接觸網(wǎng)線路的影響

2.1.1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(qiáng)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。

2.1.2如果電壓略高于額定值范圍允許值，電氣設(shè)備運(yùn)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。

2.2電壓瞬時(shí)降低對西安地鐵電氣設(shè)備的影響

2.2.1當(dāng)電壓低于1kV時(shí)，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。

2.2.2西安地鐵采用異步電動機(jī)，電壓波動能使其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率、負(fù)荷電流均受到影響，造成轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或過負(fù)荷現(xiàn)象。對于電磁啟動控制或裝有失壓保護(hù)的異步電動機(jī)，瞬時(shí)電壓下降會導(dǎo)致保護(hù)裝置動作，自動扶梯突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直接威脅乘客的人身安全。

2.2.3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(shí)失電”、“整流變溫控器瞬時(shí)失電”、部分“保護(hù)裝置啟動”等告警現(xiàn)象。

3.電壓波動的防治措施

3.1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(shí)，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60min的照明時(shí)間。西安地鐵合理設(shè)計(jì)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(shí)主變電站主變壓器采用油浸式有載調(diào)壓變壓器，隨時(shí)調(diào)壓應(yīng)對較長時(shí)間的電壓波動。

3.2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)置電容進(jìn)行人工補(bǔ)償。電容分為串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。串聯(lián)補(bǔ)償則能改變參數(shù)，減少電壓損失，提高末端電壓并減少電能損耗。并聯(lián)電容補(bǔ)償能改變電網(wǎng)中無功功率的分配，抑制電壓波動，提高cosΦ，改善電壓質(zhì)量。

3.3電纜出口加裝限流器，可以增加線路的短路阻抗，限制電纜短路故障，減小電壓波動幅值，增強(qiáng)變電所的母線短路時(shí)的殘壓。在大容量電動機(jī)計(jì)劃性啟動時(shí)，預(yù)先調(diào)高電壓。

3.4電纜、架空線路的阻抗大約為0.4與0.08Ω/km。在同樣長度的電纜、架空線路上因負(fù)載波動原因?qū)е码妷翰▌邮窍喈?dāng)懸殊的。西安地鐵采用電纜、架空線路供電，并合理增大電纜截面積。

3.5電力穩(wěn)壓器能在電網(wǎng)的電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，自動保持輸出穩(wěn)定的電壓，確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。重要小容量設(shè)備用UPS供電，故障時(shí)UPS可為重要儀表、計(jì)算機(jī)設(shè)備提供不間斷電源，保證儀表指示正確、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)不丟失等。

4.結(jié)束語

通過對電壓波動原因的分析，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。地鐵電壓波動現(xiàn)象是不可避免的，又是突發(fā)性的，對電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的影響也是非常大的;后期建議從設(shè)計(jì)入手，針對電壓波動的不規(guī)則急劇變動，采取對應(yīng)措施，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不斷完善地鐵電氣設(shè)備的安全運(yùn)行條件，將電壓波動造成的影響降低到最小。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家標(biāo).GB12325-90電能質(zhì)量.供電電壓允許偏差.

[2]百度百科.電壓波動[C].2008.

[3]倪鳴.基于ARM的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[C].上海交通大學(xué)，2008.

[4]韓濤.刻錄機(jī)產(chǎn)品性能測試及改進(jìn)研究[C].大連理工大學(xué)，2015.

[5]劉曉峰.電壓波動對工廠電氣設(shè)備的影響及解決方案 [J].電世界，2007.

[6]尚德彬，楊全甫，劉東廠.廠礦電壓波動及其抑制 [J].電氣時(shí)代，2001.

[7]李強(qiáng)，董輝淵，吳彥舍，趙艷鋒.探析礦井供電中真正的失壓與電壓波動引起的失壓[J].魅力中國，2018.

[8]馮華.煤礦電壓波動及其抑制.煤礦開采[J].2006.