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地铁供电系统变压器故障分析与解决措施

摘要：供电系统是地铁运行中尤为重要的组成部分，供电系统中的变压器一旦出现故障，将会造成城市地铁交通运输的瘫痪，给人们的安全出行和人身财产带来一定的隐患。文章结合实例对电力变压器的故障类型进行了详细分析，并着重提出了一些解决方案以为地铁安全稳定的运行提供借鉴。
关键词：城市地铁；供电系统；变压器故障
：TN14 ：A ：1009-2374（2013）13-0119-02
地铁是靠电力牵引的电动列车，地铁上的一些辅助设施如照明、空调、通风、排水、通信、自动扶梯和防灾报替等，都依靠电能才能运行，而电能是靠供电系统提供的电力系统中的重要电气设备就是变压器，一旦发生故障后果将不堪设想。因此，本课题通过对地铁供电系统变压器故障分析和研究，找出其中的薄弱环节，摸索总结出系统中一定的故障规律，以便指导地铁的日常维护来确保地铁安全可靠地运行。
1 地铁电力系统主要能源
1.1 高压供电
即城市电网，分为集中式、分散式还有混合式这三种供电方式。沿城市轨道交通线路，根据所需用电量、线路长短来建设城市轨道的交通专用主变电所，再经主变电所将其变压为城市轨道交通内部供电系统需要的35kV或10kV电压级，此供电方案为集中式供电。
1.2 分散供电方式
分散供电方式是指由城市电网区域变电所的35（33）kV或10kV中压输电线直接向城市的轨道交通设置牵引变电所、降压变电所供电。但这种方式适合城市电网较为发达区域，在地铁站附近有符合可靠性要求的供电电源。在压网络的电压等级应与城市电网相一致的条件下，可设置电源开闭所。1.3 混合供电方式
即集中式和分散式两者结合的供电方式，其中以集中式供电方式为主，分散供电方式为辅，两者的完美结合使供电系统更加完善、更加可靠。
1.4 地铁内部供电
地铁内部供电是由牵引和动力照明的供电系统组成，首先将牵引变电所产生的三相高压交流电转换成适合实际需要的低压直流电，然后再经过馈电线送到接触网上，最后就可以供地铁车辆使用。像车站和区间的各类照明、风机、扶梯、信号等自动化设备都需要依赖此方式供电才能运行。
2 变压器故障分析与保护
2.1 故障类型
内部故障：包含相间、单相接地和绕组匝间三种短路方式。这些故障带来的危害非常大，发生故障产生的高温电弧很容易烧毁铁芯，而且使变压器的油绝缘因受热分解生成大量的气体，从而引发油箱爆炸。
外部故障：是指引线及套管处之间产生短路和接地
故障。
2.2 变压器保护
为避免这些故障的发生就需要对变压器进行保护，具体实施方法如下：
（1）瓦斯保护：适用于高于0.8MVA油浸式变压器和高于0.4MVA户内变压器保护，瓦斯保护可防止绕组的相间短路和匝间短路故障的发生，变压器油绝缘因受热分解产生大量气体从油箱经连通管流向油枕通过反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度构成瓦斯保护。
（2）纵差保护或电流速断保护：此方法可避免变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地电网侧绕组短路、引线接地短路以及绕组匝间短路问题。装设差动保护适用于并列运行变压器（6.3MVA以上）和单独运行的变压器（含10MVA及10MVA以上）也适用于6.3MVA及以上的厂用变压器，而对于变压器（10MVA以下）过流大于0.5时则采用电流速断进行保护。
（3）安装过电流保护可以把因相间短路所造成的过电流等问题进行有效地解决，还可以当成纵差保护及瓦斯的后备保护措施。一般为变压器选取在反应相间上短路电流加强时会做出动作的那种电流保护当作后备保护措施。同时如果安装阻抗保护、复合电压在启动时过电流保护、过电流保护、负序时过电流保护与低压启动时过电流保护可较好达到其对灵敏度的需求。
（4）对大于110kV的中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序电流对其进行保护。在装设过程中要注意其电流的大小和系统中变压器中性点接地台数和位置关系，从而有效避免大接地电流系统中单项和两相接地所发生的短路现象。
（5）装设过励磁保护：励磁涌流对变压器的危害性不大，这种冲击电流发生的时间相当短暂，带来的影响可忽略不计，但对变压器进行多次连续合闸充电所带来的大电流冲击对绕组间的机械力作用会带来影响，一般会造成该固定物松动。同时，励磁通流还能引起变压器的差动保护，其发生的故障类型较多，按照回路进行划分可分为电路故障、油路故障和磁路故障。以变压器所构成主体结构为基础，可将故障划分成铁芯、绕组、附件及油质四种故障形式。像绝缘故障、渗漏故障、铁芯故障、保护误动等故障等都是比较易发生的类型，只是有的反应的是热故障，有的是电故障。还有一种情况则是因为热故障和电故障同时引起的。
3 变压器发生故障带来的严重影响
供电系统是地铁运行的动力保证，一旦发生故障将会影响整条线路的正常运营，甚至造成重大的人身安全和经济损失，例如：发生在1995年10月28号的阿塞拜疆巴库地铁失火事故，当时该列车的第三节和四节车厢浓烟密布续而开始着火，经查实是由于电气设备发生故障而引起的，这次事故造成了558人死亡和269人受伤，其经济损失甚大。2003年7月15号，从莲花路开往翠庄的上海地铁一号发生突然停电，停运长达一小时零二分钟，经查实因地铁牵引变电站的直流开关发生跳闸使得车身蓄电池电量亏损，导致该列车不能正常启动。2004年7月22号，广州地铁一号线突遇停电，被迫停运长达近2个小时，其中有6个地铁站遭遇乘客集体退票，人数多达3900名，在社会上引起了不小的轰动。
因此，对地铁供电系统中变压器的保护变得尤为重要，这样才能保证地铁供电系统安全可靠的工作，以达到地铁正常、安全的运营。一方面既保障了乘客人身安全和减少了因此故障带给社会的巨大经济损失，另一方面也抑制了社会秩序发生混乱的现象，对社会安定、繁荣的发展奠定了一定的基础。endprint
4 变压器故障解决方法
（1）对三相电压进行定期检查，如发现电压严重失衡，要立刻采取正确措施对其进行调整，还要对变压器的油位、油色和温度及时检查，以防止渗漏。呼吸器里干燥剂一旦发生颜色变化要立刻更换。
（2）采取正确的防污措施对配电变压器进行保护，安装配套的套管防污帽和及时清理变压器污垢，检查管道是否有闪络放电现象。避免断线、脱焊和断裂的情况发生，还要对接地电阻进行定期遥测。
（3）配电变压器在拆除过程中有螺杆发生转动的情况，需严格处理，在确保无误的情况下才可投运。取用铜铝过渡线夹二次导线的接线方式一定要合理选择，用导电膏涂抹于接触面，使接触面积增大，导电能力增强，减少发热引起氧化。
（4）配电变压器初步侧装避雷针，一定要选择合格的避雷器，并定期对避雷器的预防性进行试验，减少雷击谐振给变压器带来过电压的现象，对电感设备配备相对多的变压器（100kVA以上）其上层油温控制在85℃以下。
（5）损坏变压器的原因很多，二次短路的发生是其损坏的直接因素。因此，对配电变压器的熔丝选择很关键，其额定电流应在1.2～1.5之间，即便是因低压而产生短路，熔丝对变压器起到关键保护作用。
（6）当变压器的三相负载电流、电压都不平衡时，应视为最大电流的负荷。若高于额定电流25%时，要将负荷进行三相间的重新分配
5 结语
综上所述，只要定期对设备进行巡视检查，严格遵守规章制度来办事，做好本职以内的工作，熟练掌握地铁变压器故障产生的诸多原因，做到日常维护、人人保护的原则，就可以减少或避免变压器故障的产生，从而对地铁安全可靠的运营提供保障。
参考文献
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-全文完-