試論地鐵供電系統中變壓器保護及故障解決

代斌

摘 要：地鐵作為當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揮了積極作用。但是由于地鐵在一個相對封閉的環境下運行，因此保障地鐵供電系統的正常運作就顯得至關重要。變壓器作為地鐵供電系統的核心元件，需要技術人員定期進行檢修和維護，并對發現的故障進行及時有效的處理。文章首先介紹了幾種常見的變壓器保護措施，隨后分別從變壓器浸水處理、變壓器日常檢修等方面，就地鐵供電系統變壓器常見故障的解決措施進行了分析。

關鍵詞：地鐵供電系統；變壓器；保護方式；故障解決

一、地鐵供電系統變壓器的保護形式

1、瓦斯保護

將瓦斯繼電器安裝在變壓器和儲油柜之間，可以反映出變壓器運行是否存在故障。由于瓦斯保護具有動作迅速、結果靈敏且易于操作等優點，因此也是現階段變壓器保護的一種主要形式。許多經驗豐富的工作人員，僅憑瓦斯氣體的一些特殊性質或表現出來的現象，就可以判斷變壓器是否出現故障，以及可能出現了哪種故障。例如，瓦斯本身是無色無味氣體，如果發現瓦斯氣體為灰黑色，則可能是油質出現問題；瓦斯氣體為淺灰色，且有刺鼻臭味，則可能是絕緣板出現故障；瓦斯氣體為淡黃色或棕黃色，則可能是油中進入氣體等。

其保護原理為：變壓器內部出現輕微故障后，會緩慢產生一定量的氣體，由于氣體密度小于油的密度，在氣體壓力作用下油面降低。此時儲油柜中的金屬空心浮球隨油面下降并最終與金屬觸點接觸，形成閉合回路，發出報警信號。如果變壓器故障嚴重，則快速釋放的氣體導致儲油柜壓力短時間內劇增，啟動應急系統，切斷變壓器的相關電源實現隔離保護。雖然瓦斯保護具有靈敏度高、結果準確等優點，但是只能定性的反映變壓器故障，為了明確故障原因，多數情況下還要借助于其他保護手段進行綜合分析。

2、變壓器溫度保護

受電流熱效應的影響，變壓器在長時間超負荷運行時，產生大量的熱。這些熱量遠遠超過了散熱器的處理能力，從而導致了變壓器內部熱量逐漸累積，并導致機殼以及其他元件、線路溫度的升高。在通風條件不好且溫度較高環境下，變壓器的絕緣性能降低，容易出現電氣事故并引發火災。因此，在地鐵供電系統運行中，做好變壓器的溫度保護工作顯得尤其重要。現階段常用的溫度保護措施主要有兩種：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，并設置安全溫度范圍，當變壓器的實際溫度超過安全溫度時，系統報警，以便于技術人員及時采取降溫措施；其二是采用物理手段，根據變壓器實際功率，在變壓器周圍安裝散熱風機，加快熱空氣的流動速率，也可以起到一定的溫度保護效果。

3、過電流保護

地鐵供電系統中的變壓器過電流保護與上文所提的幾種保護措施相比，可以看作是一種被動的保護措施。一般針對解決的是在反映外部中由相間短路而引起的過電流問題，而對于因為溫度變化引起的故障，過電流保護因為無法準確檢測和判定故障，很難發揮保護作用。對于地鐵供電系統中的變壓器而言，為了盡可能的滿足其運行靈敏度的要求，要在其系統中安裝低壓啟動的過電流保護、負序過電流以及復合電壓啟動的過電流保護裝置，為變電器的正常工作提供后續保障。

4、零序電流保護

零序電流保護是一種對變壓器中相鄰元件短路問題的后背保護措施，其主要解決的是反應大接地電流系統外部接地短路的問題。當大接地電流系統發生接地短路故障的時候，供電系統變壓器的中性點接地位置和臺數就會對零序電流的大小和分布情況產生直接的影響。通常情況下，零序電流保護要安裝在110kV以上的中性點直接接地系統的變壓器當中。

5、電流速斷與縱聯差動保護

對變壓器進行電流速斷的縱聯差動的保護，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。縱聯差動保護主要包括了在穩態、暫態以及帶制動特性三種情況下的差動保護。通常情況下，電流速斷保護裝置要安裝在過流時限大于0.5s的10MVA以下的變壓器當中，而縱聯差動保護裝置則要安裝在10MVA以上單獨運行或6.3MVA以上并列運行的變壓器當中。

二、地鐵供電系統變壓器故障的解決措施

1、外施耐壓不合格故障的處理

在對變壓器進行外施耐壓試驗時，如果出現變壓器放電、跳閘等現象，則說明變壓器存在故障。為了進一步確定故障源，技術人員首先需要根據以往工作經驗，在試驗過程中通過聽、看等方式，初步確定可能發生故障的部件，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，將認為出現故障的線路接入萬用表，檢測兩側電壓是否正常。如果實測電壓低于供給電壓，則說明低壓內側導線與鐵心柱之間的距離過近，絕緣距離達不到設計距離。此類問題有兩種解決辦法，一是在導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

地鐵長時間在空氣濕度較大的環境下運行，供電系統中的部分金屬元件表面因為溫度較低，接觸潮濕空氣后冷凝成水珠，并進入到變壓器的風機、鐵心中。不僅容易使鐵質元件出現腐蝕，而且還會增加變壓器內部元件的導電性，引發短路故障。另外，像鐵心的片子等結構，由于本身存在很多細微的小孔，泥沙等雜質進入后還會影響變壓器正常功能的發揮，只能返廠維修或直接更換。因此，在進行變壓器受潮或浸水故障處理時，一方面要確保變壓器工作環境的干燥性，例如安裝除濕器等方法，降低空氣濕度；另一方面，對于已經受到影響的部分，要采取針對性的處理措施，例如銹蝕部分要及時除銹，并涂刷防腐漆；潮濕部位要及時用風機烘干等。完成干燥工作后，利用設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、變壓器的日常監測與維護

在地鐵運行期間，變壓器的工況也會不斷的發生變化，這就需要技術人員定期開展變壓器檢修和維護工作，從而對變壓器可能存在的故障隱患及時排查。具體的維護工作流程為：首先，確定變壓器檢修計劃，包括需要具體進行檢查的內容以及檢查工作的頻率等。根據地鐵供電系統環境的不同，如果環境相對整潔、干燥，可以適當延長檢修時間，一般來說每年進行一次整體檢修即可；對于環境較差的情況，則應當每半年或每季度開展一次檢查；其次，采取綜合檢修和維護手段。除了由技術人員現場檢測外，還可以借助于各類手持檢測設備，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，根據檢查結果如實填寫檢測報告，為后期地鐵供電系統管理工作開展提供參考。

結語：地鐵由于自身運行環境的特殊性，決定了必須要加強對供電系統穩定性和安全性的重視。變壓器作為供電系統的主要設備，直接決定了整個地鐵供電系統的使用情況。因此，技術人員一方面要做好變壓器保護工作，通過瓦斯保護、過電流保護等方式，確保變壓器運行過程中不出現故障；另一方面又要落實好檢修工作，對檢修中發現的潛在問題進行及時處理，避免問題擴大化。通過雙管齊下，讓變壓器能夠始終處于健康運行狀態，確保地鐵供電系統正常使用。

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