淺談電壓波動對地鐵電氣設備運行的影響及防治措施

張勝 彭輝

摘 要：地鐵供電系統電壓波動直接影響到運營的質量;電壓突然升高，電氣設備的絕緣受到威脅，甚至擊穿;電壓瞬時下降，電氣設備難以正常運行，甚至突然停運。本篇文章從地鐵電壓波動的產生原因入手，較詳細論述了電氣設備受到電壓波動的各種影響，最后提出了針對性防治措施。

關鍵詞：電壓波動;擊穿;地鐵設備運行的影響;防治措施。

引言

電力系統受到雷電的沖擊或突擊性、間歇性負荷的存在及電氣設備發生短路故障，導致系統電壓瞬時快速變動，即電壓波動。西安地鐵每天幾千臺電氣設備運行，擔負著西安地鐵全部用電設備電能的輸送，每臺電氣設備的穩定運行，直接影響到地鐵的安全運營秩序。地鐵電氣設備只有在額定電壓的允許范圍內，才能保障電氣設備安全運行和使用壽命，但西安地鐵幾乎每月均在發生電壓波動。

1.電壓波動產生原因

1.1發電入網及輸電損耗。電力系統連接成千上萬的負載，其中有感性、容性、開關電源等負載，不僅從電網中獲得電能，還會反過來對電網自身造成影響，嚴重惡化電網或局部電網的供電品質，造成電力系統電壓波動。隨用電量的增加，加上輸電過程中的電能損耗等原因，導致末端用戶電壓過低，首端經常電壓偏高，使得電氣設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、靜態放電及大型設備的開關操作而產生的。這種脈沖電壓具有突變性和不連續性，一旦產生將對供電設備造成極大的影響，持續時間從0.1ms至20ms的電壓。

1.3短路故障引發的電壓波動。西安地鐵有高、低壓線路及電氣設備，由于各種原因引發的短路。若斷路器或繼電保護裝置失靈，將造成大面積停電，延長整個波動時間，同時擴大電壓波動范圍。即使繼電保護動作準確，也不可避免會在斷路器斷開故障點之前，在系統內造成晃點事故。

1.4暫態過電壓。暫態過電壓是由于斷路器操作不當或發生短路故障，使電力系統經歷過渡過程以后重新達到某種相對穩定情況下所出現的過電壓。所有的電氣設備均在工頻電源下工作，由于遠距離空載電纜電容效應的積累，使沿線電壓分布不均勻，末端電壓最高，從而導致電氣設備瞬間過電壓，持續時間介于百萬分之一秒和萬分之一秒之間。

1.5誤操作。由于對設備五防功能不清楚、操作人員的技能水平差及責任心不強等原因造成誤操作，引起設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備的影響

電壓波動包含電壓突然升高和電壓瞬時降低。根據《電能質量供電電壓允許偏差》（GB12325-90）規定電力系統在正常運行條件下，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%。當地鐵電氣設備端電壓波動超過設定時，電氣設備的性能、生產效率及產品質量等均將受到影響。

2.1電壓突然升高對地鐵接觸網線路的影響

2.1.1電壓高于額定值范圍允許值，將造成電氣設備過電壓，威脅絕緣強度，甚至造成絕緣擊穿。對于西安地鐵額定電壓DC1500V接觸網線路，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或擊穿，造成短路故障，變電所保護裝置動作，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，電氣設備運行電流就會增大，這樣就會大大降低了電氣設備的正常使用壽命。

2.2電壓瞬時降低對西安地鐵電氣設備的影響

2.2.1當電壓低于1kV時，電客車的失壓保護裝置動作，讓相應的斷路器跳閘，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，電壓波動能使其轉矩、轉差率、負荷電流均受到影響，造成轉速不穩或過負荷現象。對于電磁啟動控制或裝有失壓保護的異步電動機，瞬時電壓下降會導致保護裝置動作，自動扶梯突然停止運轉，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“交直流系統充電模塊瞬時失電”、“整流變溫控器瞬時失電”、部分“保護裝置啟動”等告警現象。

3.電壓波動的防治措施

3.1西安地鐵供電系統采用“雙回路”供電，即使其中一條回路發生嚴重故障，無法送電時，系統會自動使用另一條回路提供電能，安全系數非常高。地鐵即使一旦發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的照明時間。西安地鐵合理設計主站主變壓器的分接頭的數量，保證了電氣設備的電壓水平，同時主變電站主變壓器采用油浸式有載調壓變壓器，隨時調壓應對較長時間的電壓波動。

3.2電壓過高/過低等保護配備齊全、整定合理、動作準確迅速，將事故影響降至最低。設置電容進行人工補償。電容分為串聯補償和并聯補償。串聯補償則能改變參數，減少電壓損失，提高末端電壓并減少電能損耗。并聯電容補償能改變電網中無功功率的分配，抑制電壓波動，提高cosΦ，改善電壓質量。

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，增強變電所的母線短路時的殘壓。在大容量電動機計劃性啟動時，預先調高電壓。

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、架空線路上因負載波動原因導致電壓波動是相當懸殊的。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電力穩壓器能在電網的電壓波動或負載發生變化時，自動保持輸出穩定的電壓，確保電氣設備的安全運行。重要小容量設備用UPS供電，故障時UPS可為重要儀表、計算機設備提供不間斷電源，保證儀表指示正確、計算機數據不丟失等。

4.結束語

通過對電壓波動原因的分析，電壓波動將直接影響電氣設備使用電能的質量，影響著對電能的正常和安全應用。地鐵電壓波動現象是不可避免的，又是突發性的，對電氣設備穩定運行的影響也是非常大的;后期建議從設計入手，針對電壓波動的不規則急劇變動，采取對應措施，同時根據現場實際設備運行經驗，不斷完善地鐵電氣設備的安全運行條件，將電壓波動造成的影響降低到最小。

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