淺析城市軌道電力系統故障及應對措施

趙琦

【關鍵詞】城市軌道;交通電力系統;故障;方法

我們國家的國民經濟能夠穩定、連續地發展，實現小康社會的基礎，最主要的保障就是電網公司能夠供給安全、穩固、效率高的電力資源。電力是維持能源的動力基礎，電力行業的快速進展，可以推進其他關聯的產業一同發展。因此，電力在國民經濟的整體發展之中，有著十分重要的地位。依據各行業之間的關聯程度。所有行業對于國民的經濟影響，其關聯的特征都可以使用數據的表達形式。這就是所謂的影響力參數以及感應度參數。根據相關調查資料總結的成果：目前我國的電力行業影響力參數非常高，這表示我們國家的電力行業雖然只是基礎性行業，但是電力能源的消耗對其他行業的產能影響很大，進一步加重供需失衡的問題;同時，我國電力行業的感應度參數不小，這就代表了其他的行業的進展十分依賴電力行業。

總體來說，我國電力事業的影響力參數以及感應度參數都是非常重要的。電力事業是其他行業的能源根本，如果電力行業出現問題，不能及時供應電力資源，那么其他行業的生產能力都會被限制，同時國民經濟整體的發展也會受到影響。

軌道地鐵的電力系統目前正朝著城際化、區域化的標準發展。其電網運行的安全程度、穩定程度與人們的生活息息相關。因此，對于軌道地鐵電力系統的安全控制工作，也就變得越來越重要，所涵蓋的技術性內容也越來越多。軌道地鐵電力系統，需要遵循安全、科學的運營理念。同時，做到對電力系統信息的整合，以及對風險問題的預判，并及時處理。需要建設標準化的系統平臺，對電力設備實施動態的檢測、診斷、對電力設備的可靠性進行定期的預估，同時做到風險的預警。建設以診斷快速、預警高效、調度精準為一體的系統平臺，從而進一步保障軌道地鐵的安全運行。

（一）集中供電

目前國內大部分城市如上海、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、環網電纜等。通過外部電源為110/35kV主變電站供電（國內大部分牽引供電系統主變電站電壓等級為110/35kV，廣州地鐵和上海地鐵部分采用110/33kV。地鐵系統都是通過外部電源為主變電站供電，而且是兩路進線形式，每個主變電站通過電纜敷設至相應的供電區間，設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，區間線路是由35kV環網電纜連接，將整個線路的變電所連接在一起，構成地鐵供電系統，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。分散式供電優點是供電選擇性大。比較方便，施工難度低，最大的缺點是獨立性差，也就導致可靠性差，沒有備用電源，當某個牽引降壓混合所失電時，沒有辦法進行備用供電。目前。在城市軌道交通中的應用還是比較少，因為城市軌道供電系統與城市供電網絡緊密聯系在一起，分散式供電系統相比于集中供電，運營管理上比較復雜，因此，集中式供電依然是目前應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合體，分為主用和備用，這是一種優化的供電模式。根據實際線路走向和規劃、城市電力網絡配置等來合理結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的應用上比較少，想要找到合適規劃的位置則更加困難，特別是在城市地區，協調配合外部工作很難進行，且整個方案的花費很高，所以一般應用較少。目前混合式供電的例子較少，但是因為其可靠性和安全性較高，在北京地鐵1號線、成都地鐵7號環線等都有應用。

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

在實際應用中，分散式供電無論是現場施工，還是設計，相比于集中式供電很復雜，而且分散式布線大多集中在隧道外，市區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計主變電站，可以節省空間，不涉及對外網絡，所以投資交接比較少，但是可能造成電能質量下降，所以在城市軌道交通中應用較少。

無論哪一種供電方式，沒有絕對的利弊，都得根據線路的投資來決定沿線的變電所設計位置以及公共資源的供給方式，并結合工程實際情況、線路規劃等多重因素考慮確定選擇供電的方式。

近年來，在市場經濟不斷發展、城市化腳步不斷推進的背景下，城市軌道交通迎來新的發展契機，并逐步實現同國外先進軌道交通工業技術的接軌。每一次軌道交通系統的改革，也意味著電力系統的發展以及技術的革新將經受一定的考驗。縱觀我國軌道交通電力系統的發展，其逐步適應了全國軌道交通的發展進程，進一步優化了軌道交通系統的維護和管理，在保證軌道交通安全運營方面取得了良好可靠的效果，全面推進了現階段的軌道交通工作的良好發展。

城市軌道交通電力系統在運行過程中，最常見的故障隱患就是電氣火災以及設備老化，出現這兩種隱患的原因有很多：

電氣火災的問題主要在于城市軌道電路的短路現象，短路會導致電流瞬間提升，使得溫度不斷提高，遠大于溫度的穩定值，就會出現短路電弧，這樣就很容易導致火災的發生。同時，如果變壓器設備超過了正常運行的負荷，也會導致絕緣體過熱，出現脫離的現象，進而導致火災。還有就是導線沒有焊接牢固，造成電阻的阻值過高，使得線路接頭的溫度過高進而引起火災。

而設備老化也是在城市軌道交通電力系統故障診斷中較為常見的一種故障，應結合設備廠商、供電系統老化程度適時進行設備改造工程，保證供電系統安全、優質地運行，發揮系統內供電設備的能力，及時調整供電系統運行方式，滿足地鐵運營的需要，使地鐵供電系統安全、可靠運行和連續供電，為城市軌道交通事業發展奠定基礎。

（一）直流開關跳閘

城市軌道交通有很大一部分處于露天狀態，所以這部分的設備極易受到惡劣環境的影響而出現跳閘。例如在雷雨天氣環境下出現雷擊的問題，可以瞬間產生幾千伏的電壓，會直接導致城市軌道交通電網的直流開關跳閘。造成線路癱瘓，對其設備帶來嚴重的損害。同時伴隨著雷擊效應，會在出現雷擊的區域范圍內形成電磁場，其電壓值能夠達到數千伏以上，進而導致跳閘情況。最后就是城市軌道交通電路中的接地系統，雷擊效應出現的電磁場會干擾露天接觸網，對接地系統釋放極強的電流，同時在接觸網中產生數百伏到幾千伏的電壓，從而引起電力系統跳閘事故。

（二）直流電纜故障

通過對當前城市軌道交通問題類型的研究發現，直流電纜故障類型主要有以下幾種：其一，在平行電纜鋪設時，若未有效固定電纜，一旦有很強的電流經過電路，則會導致直流短路，進而造成線路發生跳閘情況。此時，由于電力影響，電力電纜會劇烈搖晃，引起電纜固定位置的晃動，容易出現短路的現象。其二，在電路網敷設過程中，通常會使用自粘膠將電纜的銅線頭，在長時間使用后就可能會出現開裂，一旦遇到雨水天氣，雨水就可能會進入電纜中，大量的積水就會引起電纜短路。其三，在鋪設電纜時，通常會使用直埋敷設方法，這時如果電纜鋪設的曲率不足，就會使得電纜的絕緣層受到外界因素影響，出現拉伸現象，進而出現短路。

（一）開關跳閘的保護

在開關受到外界因素影響，出現跳閘故障的警告時，相關部門應該立即進行故障處理，組織相應的技術人員，攜帶好維修所用工具，第一時間趕到故障現場，向故障現場所在人員收集故障方面信息。例如，現場是否存在異常現象，或者異響，以及當前列車所在具體位置等。同時需要做好線路排查工作，詳細了解關于當前故障的所有信息，采取針對性的措施：①對客流進行限流、分流等，避免超載引起的跳閘故障;②定期維護和更換直流車濾波電容、消磁電阻以及電阻箱等，并及時更新老化的設備，防止因其絕緣性能下降而導致的部分短路，造成跳閘故障;③開發在線記錄系統，加強檢測車輛運行及牽引供電，尤其加強對于特殊地段和特殊車況的重點檢測，以采集更全面、更廣泛、更詳盡的數據，及時預防還未發生的跳閘故障;④階段性總結故障處理的問題，并對應急機制進行調整，以提高應急處理的效率，為地鐵的正常運營提供保障與支持。⑤對故障信息進行統計與分析。

（二）保護直流牽引設備

現階段，采用的檢測方法主要是對直流電纜的檢測，常見的有離線、周期性檢測方法。相關工作中人員根據發出的各類警報發現損壞電源，然后進行更換。但是這種檢測方法存在一些問題，所以當前人們主張使用的是在線實時檢測系統，這樣能夠及時了解電纜絕緣的參數，并實時分析電纜絕緣材料的損壞程度，以此來建立正確的預警報告。還可以建立有效的事故應急預案，按照相應的規章制度來處理出現的事故，進而提高解決問題能力，例如，可以將傳統的手動開關，改成電動開關，能夠縮短工作人員的往返時間，真正地實現遠程遙控，提高解決問題的效率。在進行項目改造時，對電力敷設情況進行排查，完善列車運行情況，如果在條件允許的情況下，可以將電纜直埋改成架空敷設。在新建軌道時。應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時在線檢測系統，觀察電纜數據的變化。

（三）強化電力系統二次設備檢修

要實現城市軌道交通運營水平的有效提升，應嚴格遵守城市軌道交通運營中的標準，定期對地鐵電力系統設備進行二次檢修。提高二次設備檢測修理作業的質量，能夠進一步確保軌道地鐵的運行安全。軌道交通電力系統運維管理者，需要對系統運行維護的管理以及監察，做到合理化的規劃和實施，這樣才能確保軌道地鐵能夠穩定、安全的作業。

（四）完善系統設備維護制度，加強巡檢

在城市軌道交通電力系統中，最關鍵的一項工作是強化系統和設備的維護管理，強化對系統與設備的巡檢力度。因此在工作開始前，合理科學制定完善的維護制度，擬定出有關的制度條例，并對設備管理和維護列出詳細標準，最后，將其有效落實。此外，優化配置相應的監督管理人員，最終確保各項工作落實都有一定的規章制度作依據。當相應制度出臺后。應強化對系統設備的巡檢，在白天，可派一位業務能力強且具備豐富巡檢經驗的巡檢員實施巡邏檢查，在晚上，應加派1～2位人員進行巡視檢查。一旦發現安全隱患和沒有整改的問題要及時上報。在巡檢開始前，要對自身儀表進行反復確認，看其是否達到標準要求，安全工具是否配備齊全，若巡檢故障性設備，則要負責維修設備等。

（五）老舊設備加大更新改造力度

在城市軌道交通運營中，電力設備是關鍵的組成部分，電力設備供電系統的穩定供電可確保軌道順利運行。所以，想要提升城市軌道交通運營水平，最主要的辦法就是進行老舊設備的更新改造，只有這樣才能充分保證城市軌道地鐵供電系統的可靠性和安全性，整體加快推進軌道地鐵的可持續發展進程。

（六）變壓器的日常監測與維護

工作人員也需要定期監測、檢查以及維護變壓器的日常運行狀態。在清潔、干燥的地方，應當每年或者更短時間進行一次維護和檢查。在其他可能進入粉塵和化學煙霧的地方，其維護檢查要每3～6個月開展一次。當進行檢查時，若發現聚集的灰塵較多，則要進行清理。從而確保空氣流通以及避免擊穿絕緣，尤其是對變壓器的絕緣墊和絕緣子等位置進行清潔，通風管道中的灰塵可以用干燥的壓縮空氣吹走。應時刻監測負載情況、風機啟停情況、變壓器各項溫度，停電檢修時，確保緊固件和接頭無松動，無導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象，必要時應采取適當措施處理痕跡。變壓器運行幾年后，必須測試絕緣電阻和繞組的直流電阻，以監測變壓器能否繼續運行。然后檢查觀測器的不平衡率是否超過標準范圍。在變壓器中最關鍵的一個器件就是分接開關，所以，需要充分確保動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行過程中不可避免地會出現一些問題，需要及時采取應急措施，減少意外損失。為更好地發揮應急預案的作用，相關管理部門應開展員工培訓，糾正培訓中出現的員工問題，及時評估培訓效果。此外，在此過程中，應加強專業素質培訓，確保管理人員水平達標，全面掌握相關專業技能，滿足安全管理崗位需求。同時傳播交通知識，讓人們更好地了解軌道地鐵的安全常識，增加相關的知識。

當下，我國軌道地鐵電力系統出現的各種問題，嚴重影響軌道交通的良性發展。目前，社會經濟飛速發展，對軌道地鐵的建設成熟度有了更高的標準。因此，本文深入研究和實際分析了軌道地鐵相關電力的問題及其應對策略，以期為城市軌道交通電力系統的優化與完善工作提供一定參考。