淺析城市軌道電力系統(tǒng)故障及應(yīng)對(duì)措施

趙琦

【關(guān)鍵詞】城市軌道;交通電力系統(tǒng);故障;方法

我們國家的國民經(jīng)濟(jì)能夠穩(wěn)定、連續(xù)地發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)的基礎(chǔ)，最主要的保障就是電網(wǎng)公司能夠供給安全、穩(wěn)固、效率高的電力資源。電力是維持能源的動(dòng)力基礎(chǔ)，電力行業(yè)的快速進(jìn)展，可以推進(jìn)其他關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)一同發(fā)展。因此，電力在國民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展之中，有著十分重要的地位。依據(jù)各行業(yè)之間的關(guān)聯(lián)程度。所有行業(yè)對(duì)于國民的經(jīng)濟(jì)影響，其關(guān)聯(lián)的特征都可以使用數(shù)據(jù)的表達(dá)形式。這就是所謂的影響力參數(shù)以及感應(yīng)度參數(shù)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查資料總結(jié)的成果：目前我國的電力行業(yè)影響力參數(shù)非常高，這表示我們國家的電力行業(yè)雖然只是基礎(chǔ)性行業(yè)，但是電力能源的消耗對(duì)其他行業(yè)的產(chǎn)能影響很大，進(jìn)一步加重供需失衡的問題;同時(shí)，我國電力行業(yè)的感應(yīng)度參數(shù)不小，這就代表了其他的行業(yè)的進(jìn)展十分依賴電力行業(yè)。

總體來說，我國電力事業(yè)的影響力參數(shù)以及感應(yīng)度參數(shù)都是非常重要的。電力事業(yè)是其他行業(yè)的能源根本，如果電力行業(yè)出現(xiàn)問題，不能及時(shí)供應(yīng)電力資源，那么其他行業(yè)的生產(chǎn)能力都會(huì)被限制，同時(shí)國民經(jīng)濟(jì)整體的發(fā)展也會(huì)受到影響。

軌道地鐵的電力系統(tǒng)目前正朝著城際化、區(qū)域化的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。其電網(wǎng)運(yùn)行的安全程度、穩(wěn)定程度與人們的生活息息相關(guān)。因此，對(duì)于軌道地鐵電力系統(tǒng)的安全控制工作，也就變得越來越重要，所涵蓋的技術(shù)性內(nèi)容也越來越多。軌道地鐵電力系統(tǒng)，需要遵循安全、科學(xué)的運(yùn)營理念。同時(shí)，做到對(duì)電力系統(tǒng)信息的整合，以及對(duì)風(fēng)險(xiǎn)問題的預(yù)判，并及時(shí)處理。需要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)電力設(shè)備實(shí)施動(dòng)態(tài)的檢測、診斷、對(duì)電力設(shè)備的可靠性進(jìn)行定期的預(yù)估，同時(shí)做到風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警。建設(shè)以診斷快速、預(yù)警高效、調(diào)度精準(zhǔn)為一體的系統(tǒng)平臺(tái)，從而進(jìn)一步保障軌道地鐵的安全運(yùn)行。

（一）集中供電

目前國內(nèi)大部分城市如上海、成都、深圳、西安、無錫、南京等地鐵線路均是采用集中供電方式。供電系統(tǒng)的主要組成部分包括外部電源、主變電站、牽引降壓所、降壓所、接觸網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)電纜等。通過外部電源為110/35kV主變電站供電（國內(nèi)大部分牽引供電系統(tǒng)主變電站電壓等級(jí)為110/35kV，廣州地鐵和上海地鐵部分采用110/33kV。地鐵系統(tǒng)都是通過外部電源為主變電站供電，而且是兩路進(jìn)線形式，每個(gè)主變電站通過電纜敷設(shè)至相應(yīng)的供電區(qū)間，設(shè)置兩座主變電站的目的主要是互為備用，如果一路主變電站失電，另外一路主變電站可以越區(qū)給全線供電，提高整條線路的可靠性。集中供電方式電源由主變電站引出，區(qū)間線路是由35kV環(huán)網(wǎng)電纜連接，將整個(gè)線路的變電所連接在一起，構(gòu)成地鐵供電系統(tǒng)，圖1為集中供電原理圖。

（二）分散式供電

分散式供電采用就近供電原則。分散式的城市中壓電網(wǎng)為牽引降壓所或者跟隨所供電，在大連、長春輕軌等使用。分散式供電優(yōu)點(diǎn)是供電選擇性大。比較方便，施工難度低，最大的缺點(diǎn)是獨(dú)立性差，也就導(dǎo)致可靠性差，沒有備用電源，當(dāng)某個(gè)牽引降壓混合所失電時(shí)，沒有辦法進(jìn)行備用供電。目前。在城市軌道交通中的應(yīng)用還是比較少，因?yàn)槌鞘熊壍拦╇娤到y(tǒng)與城市供電網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系在一起，分散式供電系統(tǒng)相比于集中供電，運(yùn)營管理上比較復(fù)雜，因此，集中式供電依然是目前應(yīng)用最廣泛的供電方式，如圖2為分散式供電原理圖。

（三）混合式供電

混合式供電是集中供電和分散式供電的結(jié)合體，分為主用和備用，這是一種優(yōu)化的供電模式。根據(jù)實(shí)際線路走向和規(guī)劃、城市電力網(wǎng)絡(luò)配置等來合理結(jié)合集中供電和分散式供電兩種模式，這種模式目前在牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用上比較少，想要找到合適規(guī)劃的位置則更加困難，特別是在城市地區(qū)，協(xié)調(diào)配合外部工作很難進(jìn)行，且整個(gè)方案的花費(fèi)很高，所以一般應(yīng)用較少。目前混合式供電的例子較少，但是因?yàn)槠淇煽啃院桶踩暂^高，在北京地鐵1號(hào)線、成都地鐵7號(hào)環(huán)線等都有應(yīng)用。

綜合分析這三種方式，集中式供電與公網(wǎng)接口較少，對(duì)于業(yè)主運(yùn)營方來說，維護(hù)運(yùn)營比較方便，檢修方便。大量的電纜集中在隧道內(nèi)，檢修期只需要在天窗期進(jìn)入檢修即可，沒有與外部單位的接口，這對(duì)于整個(gè)線路施工的效率都有很大的提高，而且集中式供電，線路設(shè)計(jì)的整體容量低，對(duì)于短期、長期都可以利用，所以集中式供電也是目前應(yīng)用最多的。

在實(shí)際應(yīng)用中，分散式供電無論是現(xiàn)場施工，還是設(shè)計(jì)，相比于集中式供電很復(fù)雜，而且分散式布線大多集中在隧道外，市區(qū)隧道外一般要占用市政土地。因此，無論是施工還是檢修，分散式供電變電所都不好管理，但分散式供電沒有設(shè)計(jì)主變電站，可以節(jié)省空間，不涉及對(duì)外網(wǎng)絡(luò)，所以投資交接比較少，但是可能造成電能質(zhì)量下降，所以在城市軌道交通中應(yīng)用較少。

無論哪一種供電方式，沒有絕對(duì)的利弊，都得根據(jù)線路的投資來決定沿線的變電所設(shè)計(jì)位置以及公共資源的供給方式，并結(jié)合工程實(shí)際情況、線路規(guī)劃等多重因素考慮確定選擇供電的方式。

近年來，在市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、城市化腳步不斷推進(jìn)的背景下，城市軌道交通迎來新的發(fā)展契機(jī)，并逐步實(shí)現(xiàn)同國外先進(jìn)軌道交通工業(yè)技術(shù)的接軌。每一次軌道交通系統(tǒng)的改革，也意味著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及技術(shù)的革新將經(jīng)受一定的考驗(yàn)?？v觀我國軌道交通電力系統(tǒng)的發(fā)展，其逐步適應(yīng)了全國軌道交通的發(fā)展進(jìn)程，進(jìn)一步優(yōu)化了軌道交通系統(tǒng)的維護(hù)和管理，在保證軌道交通安全運(yùn)營方面取得了良好可靠的效果，全面推進(jìn)了現(xiàn)階段的軌道交通工作的良好發(fā)展。

城市軌道交通電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，最常見的故障隱患就是電氣火災(zāi)以及設(shè)備老化，出現(xiàn)這兩種隱患的原因有很多：

電氣火災(zāi)的問題主要在于城市軌道電路的短路現(xiàn)象，短路會(huì)導(dǎo)致電流瞬間提升，使得溫度不斷提高，遠(yuǎn)大于溫度的穩(wěn)定值，就會(huì)出現(xiàn)短路電弧，這樣就很容易導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。同時(shí)，如果變壓器設(shè)備超過了正常運(yùn)行的負(fù)荷，也會(huì)導(dǎo)致絕緣體過熱，出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)。還有就是導(dǎo)線沒有焊接牢固，造成電阻的阻值過高，使得線路接頭的溫度過高進(jìn)而引起火災(zāi)。

而設(shè)備老化也是在城市軌道交通電力系統(tǒng)故障診斷中較為常見的一種故障，應(yīng)結(jié)合設(shè)備廠商、供電系統(tǒng)老化程度適時(shí)進(jìn)行設(shè)備改造工程，保證供電系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行，發(fā)揮系統(tǒng)內(nèi)供電設(shè)備的能力，及時(shí)調(diào)整供電系統(tǒng)運(yùn)行方式，滿足地鐵運(yùn)營的需要，使地鐵供電系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行和連續(xù)供電，為城市軌道交通事業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（一）直流開關(guān)跳閘

城市軌道交通有很大一部分處于露天狀態(tài)，所以這部分的設(shè)備極易受到惡劣環(huán)境的影響而出現(xiàn)跳閘。例如在雷雨天氣環(huán)境下出現(xiàn)雷擊的問題，可以瞬間產(chǎn)生幾千伏的電壓，會(huì)直接導(dǎo)致城市軌道交通電網(wǎng)的直流開關(guān)跳閘。造成線路癱瘓，對(duì)其設(shè)備帶來嚴(yán)重的損害。同時(shí)伴隨著雷擊效應(yīng)，會(huì)在出現(xiàn)雷擊的區(qū)域范圍內(nèi)形成電磁場，其電壓值能夠達(dá)到數(shù)千伏以上，進(jìn)而導(dǎo)致跳閘情況。最后就是城市軌道交通電路中的接地系統(tǒng)，雷擊效應(yīng)出現(xiàn)的電磁場會(huì)干擾露天接觸網(wǎng)，對(duì)接地系統(tǒng)釋放極強(qiáng)的電流，同時(shí)在接觸網(wǎng)中產(chǎn)生數(shù)百伏到幾千伏的電壓，從而引起電力系統(tǒng)跳閘事故。

（二）直流電纜故障

通過對(duì)當(dāng)前城市軌道交通問題類型的研究發(fā)現(xiàn)，直流電纜故障類型主要有以下幾種：其一，在平行電纜鋪設(shè)時(shí)，若未有效固定電纜，一旦有很強(qiáng)的電流經(jīng)過電路，則會(huì)導(dǎo)致直流短路，進(jìn)而造成線路發(fā)生跳閘情況。此時(shí)，由于電力影響，電力電纜會(huì)劇烈搖晃，引起電纜固定位置的晃動(dòng)，容易出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。其二，在電路網(wǎng)敷設(shè)過程中，通常會(huì)使用自粘膠將電纜的銅線頭，在長時(shí)間使用后就可能會(huì)出現(xiàn)開裂，一旦遇到雨水天氣，雨水就可能會(huì)進(jìn)入電纜中，大量的積水就會(huì)引起電纜短路。其三，在鋪設(shè)電纜時(shí)，通常會(huì)使用直埋敷設(shè)方法，這時(shí)如果電纜鋪設(shè)的曲率不足，就會(huì)使得電纜的絕緣層受到外界因素影響，出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)短路。

（一）開關(guān)跳閘的保護(hù)

在開關(guān)受到外界因素影響，出現(xiàn)跳閘故障的警告時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)該立即進(jìn)行故障處理，組織相應(yīng)的技術(shù)人員，攜帶好維修所用工具，第一時(shí)間趕到故障現(xiàn)場，向故障現(xiàn)場所在人員收集故障方面信息。例如，現(xiàn)場是否存在異常現(xiàn)象，或者異響，以及當(dāng)前列車所在具體位置等。同時(shí)需要做好線路排查工作，詳細(xì)了解關(guān)于當(dāng)前故障的所有信息，采取針對(duì)性的措施：①對(duì)客流進(jìn)行限流、分流等，避免超載引起的跳閘故障;②定期維護(hù)和更換直流車濾波電容、消磁電阻以及電阻箱等，并及時(shí)更新老化的設(shè)備，防止因其絕緣性能下降而導(dǎo)致的部分短路，造成跳閘故障;③開發(fā)在線記錄系統(tǒng)，加強(qiáng)檢測車輛運(yùn)行及牽引供電，尤其加強(qiáng)對(duì)于特殊地段和特殊車況的重點(diǎn)檢測，以采集更全面、更廣泛、更詳盡的數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)防還未發(fā)生的跳閘故障;④階段性總結(jié)故障處理的問題，并對(duì)應(yīng)急機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，以提高應(yīng)急處理的效率，為地鐵的正常運(yùn)營提供保障與支持。⑤對(duì)故障信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

（二）保護(hù)直流牽引設(shè)備

現(xiàn)階段，采用的檢測方法主要是對(duì)直流電纜的檢測，常見的有離線、周期性檢測方法。相關(guān)工作中人員根據(jù)發(fā)出的各類警報(bào)發(fā)現(xiàn)損壞電源，然后進(jìn)行更換。但是這種檢測方法存在一些問題，所以當(dāng)前人們主張使用的是在線實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)，這樣能夠及時(shí)了解電纜絕緣的參數(shù)，并實(shí)時(shí)分析電纜絕緣材料的損壞程度，以此來建立正確的預(yù)警報(bào)告。還可以建立有效的事故應(yīng)急預(yù)案，按照相應(yīng)的規(guī)章制度來處理出現(xiàn)的事故，進(jìn)而提高解決問題能力，例如，可以將傳統(tǒng)的手動(dòng)開關(guān)，改成電動(dòng)開關(guān)，能夠縮短工作人員的往返時(shí)間，真正地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，提高解決問題的效率。在進(jìn)行項(xiàng)目改造時(shí)，對(duì)電力敷設(shè)情況進(jìn)行排查，完善列車運(yùn)行情況，如果在條件允許的情況下，可以將電纜直埋改成架空敷設(shè)。在新建軌道時(shí)。應(yīng)該選擇阻水性能較好的電纜，以此來提高電纜的防水能力，在這過程中還需要安裝實(shí)時(shí)在線檢測系統(tǒng)，觀察電纜數(shù)據(jù)的變化。

（三）強(qiáng)化電力系統(tǒng)二次設(shè)備檢修

要實(shí)現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營水平的有效提升，應(yīng)嚴(yán)格遵守城市軌道交通運(yùn)營中的標(biāo)準(zhǔn)，定期對(duì)地鐵電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行二次檢修。提高二次設(shè)備檢測修理作業(yè)的質(zhì)量，能夠進(jìn)一步確保軌道地鐵的運(yùn)行安全。軌道交通電力系統(tǒng)運(yùn)維管理者，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的管理以及監(jiān)察，做到合理化的規(guī)劃和實(shí)施，這樣才能確保軌道地鐵能夠穩(wěn)定、安全的作業(yè)。

（四）完善系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)制度，加強(qiáng)巡檢

在城市軌道交通電力系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的一項(xiàng)工作是強(qiáng)化系統(tǒng)和設(shè)備的維護(hù)管理，強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)與設(shè)備的巡檢力度。因此在工作開始前，合理科學(xué)制定完善的維護(hù)制度，擬定出有關(guān)的制度條例，并對(duì)設(shè)備管理和維護(hù)列出詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，最后，將其有效落實(shí)。此外，優(yōu)化配置相應(yīng)的監(jiān)督管理人員，最終確保各項(xiàng)工作落實(shí)都有一定的規(guī)章制度作依據(jù)。當(dāng)相應(yīng)制度出臺(tái)后。應(yīng)強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的巡檢，在白天，可派一位業(yè)務(wù)能力強(qiáng)且具備豐富巡檢經(jīng)驗(yàn)的巡檢員實(shí)施巡邏檢查，在晚上，應(yīng)加派1～2位人員進(jìn)行巡視檢查。一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患和沒有整改的問題要及時(shí)上報(bào)。在巡檢開始前，要對(duì)自身儀表進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，看其是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，安全工具是否配備齊全，若巡檢故障性設(shè)備，則要負(fù)責(zé)維修設(shè)備等。

（五）老舊設(shè)備加大更新改造力度

在城市軌道交通運(yùn)營中，電力設(shè)備是關(guān)鍵的組成部分，電力設(shè)備供電系統(tǒng)的穩(wěn)定供電可確保軌道順利運(yùn)行。所以，想要提升城市軌道交通運(yùn)營水平，最主要的辦法就是進(jìn)行老舊設(shè)備的更新改造，只有這樣才能充分保證城市軌道地鐵供電系統(tǒng)的可靠性和安全性，整體加快推進(jìn)軌道地鐵的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

（六）變壓器的日常監(jiān)測與維護(hù)

工作人員也需要定期監(jiān)測、檢查以及維護(hù)變壓器的日常運(yùn)行狀態(tài)。在清潔、干燥的地方，應(yīng)當(dāng)每年或者更短時(shí)間進(jìn)行一次維護(hù)和檢查。在其他可能進(jìn)入粉塵和化學(xué)煙霧的地方，其維護(hù)檢查要每3～6個(gè)月開展一次。當(dāng)進(jìn)行檢查時(shí)，若發(fā)現(xiàn)聚集的灰塵較多，則要進(jìn)行清理。從而確?？諝饬魍ㄒ约氨苊鈸舸┙^緣，尤其是對(duì)變壓器的絕緣墊和絕緣子等位置進(jìn)行清潔，通風(fēng)管道中的灰塵可以用干燥的壓縮空氣吹走。應(yīng)時(shí)刻監(jiān)測負(fù)載情況、風(fēng)機(jī)啟停情況、變壓器各項(xiàng)溫度，停電檢修時(shí)，確保緊固件和接頭無松動(dòng)，無導(dǎo)電部件或其他部件的零件是否生銹，絕緣表面有無滲漏或碳化現(xiàn)象，必要時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)措施處理痕跡。變壓器運(yùn)行幾年后，必須測試絕緣電阻和繞組的直流電阻，以監(jiān)測變壓器能否繼續(xù)運(yùn)行。然后檢查觀測器的不平衡率是否超過標(biāo)準(zhǔn)范圍。在變壓器中最關(guān)鍵的一個(gè)器件就是分接開關(guān)，所以，需要充分確保動(dòng)靜觸頭問的接觸壓力。

（七）緊急疏散策略

由于城市軌道交通在正常運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問題，需要及時(shí)采取應(yīng)急措施，減少意外損失。為更好地發(fā)揮應(yīng)急預(yù)案的作用，相關(guān)管理部門應(yīng)開展員工培訓(xùn)，糾正培訓(xùn)中出現(xiàn)的員工問題，及時(shí)評(píng)估培訓(xùn)效果。此外，在此過程中，應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)，確保管理人員水平達(dá)標(biāo)，全面掌握相關(guān)專業(yè)技能，滿足安全管理崗位需求。同時(shí)傳播交通知識(shí)，讓人們更好地了解軌道地鐵的安全常識(shí)，增加相關(guān)的知識(shí)。

當(dāng)下，我國軌道地鐵電力系統(tǒng)出現(xiàn)的各種問題，嚴(yán)重影響軌道交通的良性發(fā)展。目前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對(duì)軌道地鐵的建設(shè)成熟度有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文深入研究和實(shí)際分析了軌道地鐵相關(guān)電力的問題及其應(yīng)對(duì)策略，以期為城市軌道交通電力系統(tǒng)的優(yōu)化與完善工作提供一定參考。