地鐵供電系統變壓器保護及故障研究

中鐵四局集團電氣化工程有限公司 張承旺

供電系統在地鐵運行方面有著極高的作用，本身屬于地鐵運行中的一項動力部分，能夠減少多余輔助類型設備的應用，有利于地鐵長遠運行。變壓器與供電系統運行狀態有關，當運行期間出現隱患以后，將不利于供電系統正常運行，影響了地鐵線路的穩定性。受到各項因素的影響，導致運行過程中問題頻繁出現，為后期埋下了一定的安全隱患。本文分析了地鐵供電系統變壓器的保護方式及存在的故障，提出了相應的解決對策。

1 地鐵供電系統變壓器保護方式

1.1 地鐵供電方式

地鐵供電方式表現為三方面，即集中供電、分散供電以及混合供電。第一種類型的供電方式主要是指建設專用變電所，為軌道交通提供一定的電力支持。以實際情況為主，合理地劃分電壓。第二種類型的供電方式表現為軌道交通線路沿線的牽引變電所和降壓變電所。第三種類型的供電方式則是將前兩種方式相互結合，該項方式穩定性良好，地鐵運行過程中出現問題的概率較低，地鐵供電系統表現為變電所配電系統和監控設備。在具體運行過程中，應當保持電梯排水、預警和通信等多方面的穩定性，從一定程度上推動地鐵有效開展，提升地鐵運行的穩定性[1]。

1.2 變壓器的溫度保護方式

在地鐵供電系統變壓器實際操作過程中，普遍存在著各種各樣的問題。比如一旦溫度上升幅度較大，高于安全運行環境，將會增加變壓器問題出現概率。基于此，在供電系統運行過程中，應當加大變壓器的保護力度，采取合理的方式保持變壓器的穩定性。在保護期間，可以裝設探頭或者溫控裝置，利用各項裝置動態性地檢驗溫度情況，安裝空調裝置，保持溫度的適宜性。另外，在變壓器上安裝風機能夠達到降溫的目的，以免因為溫度較高而影響到正常運行，提升運行效率，為變壓器規范性操作構建適宜的條件。

1.3 變壓器保護內的瓦斯保護技術

應用瓦斯保護技術屬于地鐵供電系統變壓器保護中應用極為普遍的一項技術。該項技術在變壓器內產生的保護效果良好，其具有靈敏性高、經濟性強，以及工藝操作簡單等一系列優勢。其中，油浸變壓器是地鐵供電系統中應用極為普遍的一種設備，但在油浸變壓器運行過程中有著相應的隱患。比如絕緣體因為使用時間較長而發生了老化問題，故障因素的出現導致變壓器內部溫度上升，諸多熱量處于變壓器內部，難以及時排出。變壓器油箱箱體無法承受較大的壓力，導致油箱箱體發生爆炸。利用瓦斯保護技術可以規避各種現象的發生。如果變壓器內部的壓力和氣體發生異常狀態，系統能夠自我保護，可以全面預防變壓器油箱液面降低和短路問題的發生[2]。

1.4 變壓器保護內的電流速斷和縱聯差動保護技術

電流速斷和縱聯差動保護可以避免變壓器發生短路故障。在運行過程中，變壓器發生了短路故障，將會影響到整個運行系統的穩定性，甚至還會導致局部區域地鐵供電系統發生崩潰性故障。從應用電流速斷和縱聯差動保護技術以后，能夠全面地保護變壓器。電流速斷保護有著穩定性高、技術簡單，以及反應迅速的優勢，但是無法應用到整個地鐵供電線路中。如果超出基本的保護規范，將難以起到保護效果。當達到最小保護范圍，可能會因為保護目標缺失而使效果下降。縱聯差動保護裝置內設置了感應繼電器裝置，在系統檢測到短路時，感應繼電器將會產生電流指標，隨之發出保護動作，變壓器設備開啟跳閘保護。縱橫差動保護原理如圖1所示。

圖1 縱橫差動保護原理

1.5 變壓器保護內的過勵磁保護技術

在變壓器運行過程中，一旦發生了勵磁現象，將會增加供電系統故障出現的概率，對變電器穩定運行產生不良影響。過勵磁現象產生的原因有很多種，比如變壓器的調壓分接頭連接不到位。但是如果變壓器多次發生過勵磁現象，將會導致變壓器絕緣體發生不良的老化狀態，使變壓器設備難以正常運行，甚至發生報廢現象。所以應當結合供電系統內變壓器保護現象，全面展開勵磁保護作業。

1.6 過電流保護

通過過電流保護能夠全面解決電流引起的各項問題，采取縱差保護或者瓦斯后備保護措施綜合分析。因為變壓器在反應相間的短路電流將會強化電流保護的后備措施，也可以通過安裝阻抗保護負荷電壓方式保持電流的穩定性和安全性。

電壓型框架保護是框架保護中的一種具體類型，該類型保護的采樣對象是整流柜負極與保護地之間的電位差。當負極對地電位達到一定值時，該類型保護將發出跳閘信號跳開本站兩臺35kV 牽引變壓器開關，以及本站所有直流高壓開關。裝設電壓型框架保護的主要目的是保護設備的安全，其與鋼軌電位限制裝置不一樣，鋼軌電位限制裝置的主要目的是保護人身的安全，在整定值上框架保護的動作定值要比鋼軌電位限制裝置的定值高。

2 對于地鐵供電系統中變壓器故障隱患的探究

2.1 繞組故障

繞組故障在供電系統中出現的概率是特別高的。結合具體情況來看，產生各種問題的因素表現為多方面，具體表現為繞組的絕緣層受損、焊接質量非常差或者發生了短路現象。出現該種現象以后都會引起各種各樣的問題發生。雖然問題出現以后，變壓器工作也不會出現較大的異常狀態，一段時間之后依舊可以正常運行，可是內部已經存在著十分嚴重的問題，在短路之后發生危險的概率就會增高，對導線性能造成了影響，導致絕緣部分逐漸炭化，從而造成了更加嚴峻的后果。

2.2 地鐵供電系統變壓器內的引線故障

變壓器引線故障是地鐵供電系統中變壓器常見的故障問題。引線屬于變壓器內部繞組連接外部線路的基本元件，也是供電系統變壓器中十分重要的一項設施，通常情況下，引線的接頭處經常出現故障，引線接觸引起了虛接和接觸點分離現象，從而造成了引線故障。引起引線故障的類型多種多樣。但是從整體上看，基本上都是因為引線線路銜接不到位引起的。

2.3 絕緣故障

絕緣故障是變壓器故障中普遍存在的一種問題，變壓器絕緣故障會引起故障反應。比如絕緣故障、短路絕緣故障，影響了變壓器的質量提升，導致地鐵供電系統發生了更大范圍的故障。在供電系統運行過程中，造成變壓器絕緣故障的因素有很多種，比如變壓器內部溫度持續性上升。熱量作用之下，絕緣體受到了老化因素的影響，變壓器內部線路發生雙線問題，線路焊接點出現裂縫，變壓器內部積累了較多的灰塵，這些因素都會造成絕緣故障[3]。

2.4 瓦斯故障

通常來講，變壓器不會因為突然發生故障而停止運行。針對瓦斯來講，輕瓦斯會發出報警信號，重瓦斯會產生跳閘現象，也有可能兩者一起出現異常狀態。在維修過程中，應當加大變壓器溫度和電流強弱程度及電壓大小等多方面的重視。

3 地鐵供電系統變壓器保護故障解決對策

3.1 引線故障解決對策

工作人員檢查過程中，需要明確引線螺栓松動及焊接問題的具體位置并加以改正，將存在的問題及時解決。在檢修或者焊接工作之前必須保持整潔性，完成焊接工作以后重點檢驗，避免維修位置依舊存在異常狀態，工作人員逐一檢查所有的螺栓，確保維修工作到位以后變壓器才可以重新運行，以免由于焊接位置發生異常狀態而導致不良后果。除非必須更換，一般情況下是不需要對引線進行更換的。在引線更換過程中，應當保持周圍位置的整潔性，在沒有臟物的情況下再次開展工作，降低相關問題造成的影響。需要注意的是，一旦引線發生了連接問題或者封閉問題，必須及時更換引線，使其處于正常運行的狀態。

3.2 瓦斯故障解決對策

工作人員處理瓦斯故障過程中，應當從變壓器油箱的溫度、油面等多方面加以檢驗，明確產生瓦斯故障的基本來源。如果是因為空氣引起的瓦斯故障，必須做好排氣處理，經過檢查確定并不是氣體引起的故障問題，必須逐一排查繼電器。比如展開色譜檢驗，避免發生氣體燃燒現象。若沒有全面排除瓦斯故障是無法保持地鐵供電系統變壓器處于良好運行狀態的。如此一來，既可以提升供電系統及設備的穩定性和安全性，同時也可以避免設備性能受損。

3.3 絕緣故障解決措施

為了全面解決絕緣故障，工作人員應當確定產生問題的具體原因。在處理過程中，分析內部絕緣故障產生的因素，比如是受熱造成的故障還是機械應力造成的故障。工作人員及時處理，保持干燥性，降低各項問題造成的不良影響。當變壓器油的質量較差時，必須及時更換品牌。除了上述因素之外，工作人員還應定期檢查，查看是否有無法疏通的現象，若有，要將堵塞物有效清除，提升處理效率，發揮良好的絕緣作用[4]。

3.4 繞組故障解決措施

供電系統內變壓器繞組故障經常出現，工作人員應當及時研究解決故障的措施，結合具體情況選擇與之相符的解決方式，有效地更換變形零件，擰緊繞組中出現的松動零件，優化和改善繞組的結構，增強物理強度，降低因為絕緣問題而造成系統短路的概率。針對使用時間較長、受損嚴重的繞組必須立刻更換，保持干燥性，以免因為產生大范圍的變形現象而導致系統短路。

3.5 日常維護措施的落實

為了從根本上減少問題的出現，保持地鐵供電系統變壓器的穩定性。在工作開展過程中，應當加大日常維護力度，提升運行質量，采取合理的措施。利用監測系統和安裝裝置開展各項工作，強化供電系統的維護效果，增強供電系統安全管理工作的規范性，提升整體質量。在日常維護過程中，應當定期檢驗變壓器，探究其存在的安全隱患并有效處理，保持地鐵線路安全運行[5]。

3.6 加大供電系統設備的維護力度

在供電系統變壓器故障解決過程中，除了解決引線、繞組線，以及絕緣等多方面發生的故障之外，還必須結合實際情況，制定健全且完善的供電系統安全管理體系。強化信息傳輸系統和供電系統的規范性，大力維護供電設備，保持安全管理制度的完善程度，這是推動地鐵穩定運行的關鍵。所以必須對地鐵設備加以維護，制定地鐵災害應急制度，以此推動地鐵穩定運行。

從以上論述來看，供電系統是地鐵運行過程中的基本動力來源。供電系統質量決定了地鐵整體運行質量，而變壓器也是供電系統中十分重要的一項核心設備。在變壓器使用期間，普遍存在繞組故障、引線故障和絕緣故障。面對這種現象就需要加大地鐵供電系統變壓器保護力度，采取合理的措施提升變壓器運行效率，有效解決故障，推動地鐵穩定運行。