地鐵供電系統變壓器故障分析與解決措施

摘要：供電系統是地鐵運行中尤為重要的組成部分，供電系統中的變壓器一旦出現故障，將會造成城市地鐵交通運輸的癱瘓，給人們的安全出行和人身財產帶來一定的隱患。文章結合實例對電力變壓器的故障類型進行了詳細分析，并著重提出了一些解決方案以為地鐵安全穩定的運行提供借鑒。

關鍵詞：城市地鐵；供電系統；變壓器故障

中圖分類號：TN14 文獻標識碼：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施如照明、空調、通風、排水、通信、自動扶梯和防災報替等，都依靠電能才能運行，而電能是靠供電系統提供的，電力系統中的重要電氣設備就是變壓器，一旦發生故障后果將不堪設想。因此，本課題通過對地鐵供電系統變壓器故障分析和研究，找出其中的薄弱環節，摸索總結出系統中一定的故障規律，以便指導地鐵的日常維護來確保地鐵安全可靠地運行。

1 地鐵電力系統主要能源

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，兩者的完美結合使供電系統更加完善、更加可靠。

1.4 地鐵內部供電

地鐵內部供電是由牽引和動力照明的供電系統組成，首先將牽引變電所產生的三相高壓交流電轉換成適合實際需要的低壓直流電，然后再經過饋電線送到接觸網上，最后就可以供地鐵車輛使用。像車站和區間的各類照明、風機、扶梯、信號等自動化設備都需要依賴此方式供電才能運行。

2 變壓器故障分析與保護

2.1 故障類型

內部故障：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，發生故障產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，從而引發油箱爆炸。

外部故障：是指引線及套管處之間產生短路和接地

故障。

2.2 變壓器保護

為避免這些故障的發生就需要對變壓器進行保護，具體實施方法如下：

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

（2）縱差保護或電流速斷保護：此方法可避免變壓器繞組和引出線的相間短路、中性點直接接地電網側繞組短路、引線接地短路以及繞組匝間短路問題。裝設差動保護適用于并列運行變壓器（6.3MVA以上）和單獨運行的變壓器（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行保護。

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

（4）對大于110kV的中性點直接接地系統中的變壓器，應裝設零序電流對其進行保護。在裝設過程中要注意其電流的大小和系統中變壓器中性點接地臺數和位置關系，從而有效避免大接地電流系統中單項和兩相接地所發生的短路現象。

（5）裝設過勵磁保護：勵磁涌流對變壓器的危害性不大，這種沖擊電流發生的時間相當短暫，帶來的影響可忽略不計，但對變壓器進行多次連續合閘充電所帶來的大電流沖擊對繞組間的機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，其發生的故障類型較多，按照回路進行劃分可分為電路故障、油路故障和磁路故障。以變壓器所構成主體結構為基礎，可將故障劃分成鐵芯、繞組、附件及油質四種故障形式。像絕緣故障、滲漏故障、鐵芯故障、保護誤動等故障等都是比較易發生的類型，只是有的反應的是熱故障，有的是電故障。還有一種情況則是因為熱故障和電故障同時引起的。

3 變壓器發生故障帶來的嚴重影響

供電系統是地鐵運行的動力保證，一旦發生故障將會影響整條線路的正常運營，甚至造成重大的人身安全和經濟損失，例如：發生在1995年10月28號的阿塞拜疆巴庫地鐵失火事故，當時該列車的第三節和四節車廂濃煙密布續而開始著火，經查實是由于電氣設備發生故障而引起的，這次事故造成了558人死亡和269人受傷，其經濟損失甚大。2003年7月15號，從蓮花路開往翠莊的上海地鐵一號發生突然停電，停運長達一小時零二分鐘，經查實因地鐵牽引變電站的直流開關發生跳閘使得車身蓄電池電量虧損，導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，被迫停運長達近2個小時，其中有6個地鐵站遭遇乘客集體退票，人數多達3900名，在社會上引起了不小的轟動。

因此，對地鐵供電系統中變壓器的保護變得尤為重要，這樣才能保證地鐵供電系統安全可靠的工作，以達到地鐵正常、安全的運營。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濟損失，另一方面也抑制了社會秩序發生混亂的現象，對社會安定、繁榮的發展奠定了一定的基礎。

4 變壓器故障解決方法

（1）對三相電壓進行定期檢查，如發現電壓嚴重失衡，要立刻采取正確措施對其進行調整，還要對變壓器的油位、油色和溫度及時檢查，以防止滲漏。呼吸器里干燥劑一旦發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行保護，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放電現象。避免斷線、脫焊和斷裂的情況發生，還要對接地電阻進行定期遙測。

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

（4）配電變壓器初步側裝避雷針，一定要選擇合格的避雷器，并定期對避雷器的預防性進行試驗，減少雷擊諧振給變壓器帶來過電壓的現象，對電感設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鍵，其額定電流應在1.2～1.5之間，即便是因低壓而產生短路，熔絲對變壓器起到關鍵保護作用。

（6）當變壓器的三相負載電流、電壓都不平衡時，應視為最大電流的負荷。若高于額定電流25%時，要將負荷進行三相間的重新分配。

5 結語

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

參考文獻

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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有限公司運營分公司，研究方向：供電系統運營。

（責任編輯：劉 晶）