城市軌道交通供電故障排查與應急策略

孔維珍

（蘭州市軌道交通有限公司運營分公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

為解決大城市的交通出行問題，軌道交通成為其中的首選。我國許多城市都積極開發輸送能力高、運行速度快、能耗低的軌道交通系統，有效緩解了城市交通的擁堵問題。目前我國城市軌道交通里程已經長達2300 km，成為城市交通的重要組成部分。同時也對軌道交通的安全性、穩定性提出了更高的要求。研究供電系統不僅有利于提高地鐵運行的安全性，消除和減少故障，而且能提升地鐵運行經濟效益。

1 地鐵牽引供電系統構成

地鐵供電系統為車輛的運行提供動力能源，主要包括外部的高壓供電系統及地鐵內部供電系統，一般情況下，地鐵直接從城市電網獲得能源，而牽引供電系統主要是變電所將三項高壓交流電轉變為滿足車輛運行的低壓直流電。牽引供電系統主要由變電所與牽引網組成，牽引變電所是列車運行的核心，大多采用直流供電模式。目前國內主要有兩種牽引網，一種是750 V 的接觸軌受電；一種是1500 V 的架空觸電網受電。

1.1 牽引變電所

牽引變電所根據車流密度、車輛形式等數據，對牽引供電進行計算。在變電所容量設置時，首先需要遵守供電科學合理的原則，保障運行安全的情況下滿足高峰期運行的負荷需求。其次是在相鄰的兩座變電所發生故障時，另外一個相鄰的變電所能夠提供過載負荷能力，保障車輛的正常運行。國內的設計，都會設計兩套牽引整流機組，容量根據運量設計。同時為抑制牽引供電系統工作時產生的諧波電流，采用12 脈波整流。

1.2 牽引網

地鐵牽引網是牽引供電網的基礎裝置，專門為車輛運行提供電源。一般由正極接觸網供電、負極走行軌回流兩部分組合而成。接觸網又分為接觸軌和架空接觸網兩種方式。相對而言，架空接觸網的安全性較高，車輛隨時都可以脫離電源，適合大運量的供電系統，在上海、廣州等大型城市采用較多。接觸軌供電方式的使用壽命長，適合電壓較低的情況，但運行中由于電壓較低，在運行量較大的情況下，需要與牽引變電所距離較近。

2 地鐵供電系統常見故障與層次分析

在通過互聯網查閱相關研究文獻的基礎上，對國內地鐵牽引供電網常見故障進行統計，常見牽引供電系統故障見表1。

表1 地鐵牽引供電系統常見故障及原因

從表1 數據分析，地鐵牽引供電系統故障原因可以分為兩大類。一類是不同原因導致的短路故障；另一類是在非正常狀態下出現的故障。第一類故障對牽引系統的危害較大，例如在金屬性短路中，往往是接觸網與列車產生金屬性接觸，通電時就會直接短路；而非金屬性的短路是指陰雨天氣空氣潮濕導致接觸網短路。第二類是非正常狀態下出現的故障。例如在列車頻繁啟動、制動過程中，都會對牽引供電網絡中的電壓產生較大影響，類似于負荷狀態下牽引網絡的短路，導致繼電保護設備動作，對牽引供電網絡造成危害。

3 地鐵供電系統故障檢修與排查策略

提升地鐵運行質量，需要對牽引供電系統進行檢修與排查，研究和分析導致故障出現的原因，并針對性的開展檢修工作。結合實際情況，建立了故障預處理、故障預警、故障位置查找為一體的故障排查系統，實現牽引供電系統數據的及時診斷。故障處理中一般執行以下程序：①觀察故障現象；②收集牽引線路的故障信息；③結合運行情況，分析導致故障出現的原因并逐項排查。以750 V 牽引系統斷電故障檢修與排查為例，可以從4 個方面進行。

（1）絕緣器表面閃絡擊穿引起的供電故障。首先要求檢修人員、班組人員對設備進行定期清理，尤其是絕緣零件的表面清理工作更要落實到崗位、人員身上，保障絕緣器的良好性能。

（2）日常檢修中存在的問題。日常管理中加強檢修工作機制，將每個部分的檢修落實到專人，強化對設備運行的管理。借助健全的設備檢修模式，統計和分析常見故障與檢修措施，提升工作的針對性。

（3）電纜絕緣層損壞導致的短路現象。地鐵運行班組要對電纜外觀進行定期檢查，觀察外形是否出現破損。保障外層絕緣完好、有效，無腐蝕痕跡。

（4）一次回路絕緣零件損壞。班組人員定期對絕緣零件進行檢查。確保絕緣零件備品齊全完好，需補充時使用材料單進行補充，材料科應確保絕緣零件備品齊全完好地供應。

4 地鐵供電系統故障的應急處理與預防

地鐵牽引供電系統結構復雜，難免出現各種問題與故障。為切實提升地鐵運行的穩定性，做好故障的應急處理與預防措施，是保障地鐵穩定運行的基礎。對此，提出針對性措施，促進地鐵牽引供電系統的穩定。

4.1 故障應急處理措施

（1）主變電站故障。對地鐵整個供電區域而言，主變電所承擔所有供電任務，出現故障將嚴重影響地鐵正常運營，造成大面積秩序混亂。為此，必須保證主變電所具有較高可靠性。當主變電所內接地變壓器接到主變壓器低壓側時，正常情況下，因接地變壓器具有較小電流，不會干擾保護裝置。但在增大系統內零序分量的情況下，接地變壓器將有此零序電流流過，并通過小電阻入地，主變差動保護裝置進行差動電流計算時，會有零序分量產生，該分量達到相應值后，即便主變壓器不存在故障，差動保護裝置也會產生動作。為此，必須重視主變電所故障調度應急指揮工作，及時做好各項應急準備工作。根據故障現象，及時找出故障部位，采取切實可行的措施予以處理。

（2）接觸網故障。應急處理應嚴格按照“先通后復、先通一路”的原則，第一時間先完成送電工作，隨后及時進行線路疏通及恢復設備運營正常。發生故障后，需及時將故障信息報送維修調度，維修調度告知電力調度，通過電力調度進行故障類型判定，并告知設施部生產調度。如隧道內接觸網支撐定位絕緣子斷裂，將會導致弓網事故發生，甚至會對鄰近懸掛點造成嚴重影響。對此類故障，調度應急指揮需結合實際情況，具體問題具體分析。

4.2 故障預防措施

（1）加強地鐵牽引供電系統的維護。為提高牽引供電系統的穩定性，首先要強化對供電系統的日常維護，這是保障地鐵長期穩定運行的基礎。例如在實施中要切實做好各類設施的保養與維護工作，減少牽引供電系統隨機故障的產生。在這項工作中，要嚴格落實預防為主的原則，對牽引供電系統的各個環節進行嚴格監控，實現對各個環節的監控工作。其次是定期檢查配電網設備，保障配電網的安全與穩定。遇到問題能在第一時間進行檢查與維修，才能避免出現更大的問題。第三是為避免某一線路出現故障影響整個線路的運行，在地鐵建設中可以建設多個變壓器，通過并聯提升系統運行的穩定性。

（2）提高牽引變電所工作性能。牽引變電所是保障線路穩定運行的第一步，提高設備的可靠性，可以通過引進高性能產品實現。例如提高設備健康運行水平，做好設備維護工作是減少變電所故障的最佳方法。在實際工作中，地鐵班組人員、維修人員需要加強巡視，利用各種檢測系統加強對設備的檢測。其次是采用雙邊供電方式，當某一變電所出現故障退出運行時，臨近的變電所直接對列車進行供電并承擔牽引負荷，促進安全性的提升。

（3）提升接觸網供電的穩定性。接觸網一般直接為列車提供牽引用電，出現故障會影響列車的正常運行。實際運行中，受多方面因素的影響，保障接觸網供電穩定性面臨著諸多問題。具體實施中可以采取以下措施：首先是強化標準建設，從根本上提升接觸網的穩定性。例如在設計中，風速、最大受風偏移量、接觸網最大跨距、錨段長度、下錨偏角、設計拉出值等安全運行數據都要認真研究與分析，切實保障設計的安全性。其次，接觸網選用的硬件設施都需要充分考慮實際運行中使用壽命與機械作用對設備的影響。例如在絕緣選型中實現可靠性要求，提升產品質量。尤其需要選用耐腐蝕較強的材料，采用表層防腐技術等，降低自然因素對列車運行的影響。

（4）強化人員培訓，提高地鐵運行質量。地鐵的運行離不開人的操作，在牽引供電系統中更是如此，保障設備的安全穩定運行，需要投入更多人力進行保障。鑒于人員素質的不足，設備檢修中更需要敬業精神和專業技術。對此，應加強對相關人員的培訓力度，提高工作人員的專業素養和技術水平，為配電網系統的正常運行提供保障。例如，通過培訓提升設備檢修質量，進而減少非故障原因導致的停電事故的持續時間。針對應急事件設立專門的處理人員，一旦出現故障，相關人員能在第一時間對故障進行緊急處理，避免出現更大的事故或損失。

5 結語

地鐵牽引供電網絡的穩定，直接關系著整個系統的正常運行。在構建和諧社會背景下，保障地鐵的正常運行，乃至提升其運行的穩定性，是城市軌道交通建設的目標。提升牽引供電網絡的穩定性需要做好系統檢修與維護，降低故障的發生率；同時需要做好供電系統故障的處理。雖然目前沒有有效的方法避免供電系統故障的出現，但在分析地鐵牽引供電系統常見故障，并提出檢修與排查策略與應急處理措施的基礎上，可以將故障率降到最低，以提升地鐵系統運行的穩定性，促進城市軌道交通的健康發展。