地铁供电系统变压器保护与故障处理探讨崔智鑫

地铁供电系统变压器保护与故障处理探讨崔智鑫

崔智鑫

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁速度快、运量大、环保出行等优势，在当前迅速发展的经济中起到很大的推动作用。供电系统作为地铁运行的重要组成部分，为地铁设施提供有效的电能，确保地铁正常可靠运行。而供电系统中的电力变压器作为关键设备，肩负着对电能的分配、电压变换与传输等责任，变压器一旦出现故障不及时处理的话，会直接造成地铁运营企业的经济损失。因此，对对地铁供电系统中的变压器故障与其解决策略进行了分析具有重要意义。

关键词：地铁；供电系统；变压器；故障；处理措施

引言

电能是地铁运行的主要动力来源，经济合理、有可靠的供电系统、能够灵活安全的运行、操作起来简单方便是地铁供电系统的原则，但是，地铁的供电系统在接线的方式上还有发展的空间，地铁的供电系统可以推动地铁中的排水、防灾警报、空调、自动扶梯、照明、通信、通风、信号等辅助设备的操作运行，在地铁供电系统中，变压器是各级电压变换的装置，对整个地铁电力系统的运行起着独一无二的作用，所以要加强对变压器的维护及故障处理。

一、地铁供电系统及相应的保护措施

（一）地铁供电方式

对于地铁轨道交通系统的供电，城市电网采取的有三种供电方式：混合式、分散式及集中式供电。其中集中式供电是采用城市地铁轨道的专用变电所，沿着地铁轨道的线路，提供给城市地铁轨道的供电系统运行所需要的电压（依据线路与电量的不同进行提供）；分散式供电是通过地铁轨道沿线的牵引与降压变电所进行地铁轨道的供电；混合式的供电，就是把集中式与分散式供电两者有效地结合在一起，此种供电形式可以令供电系统变得更加的可靠与完善，保证地铁的平稳运行。

（二）地铁供电系统

地铁供电系统的构成主要由：降压变电所、动力的配电系统、通信系统、与照明配电及设备监控的系统组成，供电系统所进行供电的范围主要有车辆段、车站与区间及控制中心等。其在供电的过程中，与地铁的供电、通风、照明、通信、信号、警报、扶梯与空调等设备相通，保证地铁相关系统的正常运行。

（三）供电系统的保护措施

地铁的供电系统其保护主要是对供电系统变压器运用的保护措施。即过电流、瓦斯、电流速断、纵联差动、过励磁及零序电流及温度保护等，当中最为重要的是纵联差动与电流速断的保护措施。这种保护是运用对纵联差动或电流速断的安装，对一些故障进行相应解决，如：引线接地的短路、变压器的中性点与电网侧绕组直接接地、绕组匝间的短路、绕组和引出线的相间短路等。地铁的供电系统其每个保护措施之间运行是相互配合与补充的。可以保证及时地对变压器的各种故障问题进行解决，有效提升电力变压器的运行可靠性。

其中，瓦斯保护是运用对反应变压器气体量及流速来对变压器做出保护的措施，有效避免变压器的油箱当中各种短路故障的发生，可以防止发生绕组的匝间或相间短路。在短路点电弧的作用下，变压器会与另外的绝缘体进行分解，所产生的气体会经过油箱与连通管一直流到油枕，从而运用气体量与流速形成瓦斯保护。瓦斯保护其具有灵敏度高、动作快、接线简单等特点，可以把油箱内部所产生的各项故间有效地反映。缺点是无法对油箱外的引出线及套管部位的故障进行反映。所以，其可以与差动保护进行配合使用，达到全面保护的目的。

（四）变压器温度的保护措施

电力变压器在运行当中，常常会有温度增高的的现象发生，在温度超过了变压器的安全范围时，就会使变压器发生运行的故障。所以，在地铁的供电系统运行过程中，一定要注意对变压器的运行温度进行有效保护，可以采取给变电器安装温度探头、温控箱或者运用空调等，对变电室的温度进行有效控制，防止其温度过高。同时，还可以选择在变压器的机身上进行风机的安装等，以取得为其降温的目的。继而防止出现因为变压器温度升高而使地铁供电系统无法正常运行的现象。

二、地铁的供电系统中变电器容易发生的故障

（一）绕组的故障

地铁供电系统中的绕组故障，是最常见的故障之一。大多数情况下绕组故障是因为内在及外在因素共同作用下引发的，比如：变压器的层间、股间、匝间的短路，绕组导线的焊接不牢，绝缘损坏，引线连接发生电弧、断线与松动及调压开关故障等，都会引起绕组的断路、短路、变形、移位与松动，最严重的可能会引起整个绕组的烧毁。在以上故障出现时，变压器可能还可以勉强地工作，但实际的情况是变压器其内部已经被严重的损坏，抗短路的能力已经快速下降。而且绕组发生松散后，使得其内部场强的分布不均匀，特别容易发生局部的放电，从而让导线发生损伤，导致绕组绝缘件发生碳化，最后发生绕组的短路，产生严重后果。

（二）引线的故障

引线是变压器的外部接线与内部绕组线中间的环节，在地铁的供电系统中，引线所产生的作用是关键的衔接作用。其中，对引线接头处理的质量是引起引线故障的重要原因。另外，引线开关接点的损坏、移位、螺栓的焊接不良与松动，都可能会引发短路、接触不良或断路，而致使线路产生干扰或者局部的放电，从而引起引线故障。

（三）绝缘的故障

变压器质量好坏的重点取决于其内部的绝缘，变压器内部的绝缘发生损伤与故障，会导致地铁安全运行出现障碍。变压器的内部天长日久遭受机械应力、电、热与环境的影响，会使得绝缘进一步老化，从而导致绝缘的故障。另外，变压器其内部垫块松动、铁心的绝缘不良、焊接不牢、线端松动等都会引发绝缘的故障。

三、变压器产生的故障其解决的策略

（一）解决绕组故障的措施

想解决地铁电力系统中电力变压器发生的绕组故障，可以从引起绕组故障的因素入手，采用对绕组结构进行改善，修复其变形的部件，对松动的撑条与衬垫进行坚固，拧紧压圈的螺丝，把机械的强度进行有效提升，并进行绝缘的修补、对浸漆进行干燥的处理，在必要的时候要把整个的绕组进行更换处理，以对其变形、移位、松动与短路等问题进行有效解决的目的。

（二）解决引线故障的措施

为了对地铁供电系统中的变压器引线故障进行解决，在停运检修变压器的时候，工作人员应该首先修复引线的焊接不良、螺栓松动等，对接触不良的螺栓进行重新的紧固；另外，在进行焊接与修复之前要对焊接面进行清洗，焊接完成后要对开关转换、焊点质量与螺栓进行认真检查，保证一切都没有问题才可以进行正常的运行，避免在运行过程中发生焊点脱落，而引起事故的发生；如果情况严重必须进行引线更换的时候，工作人员一定要先把引线周边的脏污与灰尘进行清理后，才可以进行正常更换，以防止这种灰尘与脏污对新引线产生不良影响。需要加以注意的是：当发生引线封闭的不严、接触不良或者绝缘发生受潮时，务必要进行新引线的更换。

（三）解决绝缘故障的措施

想要对地铁变压器绝缘故障进行解决，大多数情况下采取的措施是：首先要确定其发生故障的真正起因。假如是因为受到机械应力、热、电或者环境而致使绝缘受潮的，一定要及时针对受潮的绝缘做出干燥的处理；假如是因为变压器油的质量劣化而引起故障的发生，务必要对变压器油进行处理或更换；另外，还应该检查变压器的油道是不是有堵塞现象的发生，并且把油道中的杂物进行清理，进一步对绝缘问題进行解决。

（四）增强对供电系统设备的维护

解决供电系统变电器的故障，不但要对引线、绕组线及绝缘等进行故障解决外，还应该进行供电系统的安全管理制度的建立与健全，对供电系统其安全设备、监测与信息传输系统及消防设施等进行有效完善，并且要增强对供电设备的日常维护。对安全管理制度进行有效规范，是保证地铁正常安全运营的前提。所以，必须要做到对地铁设备的日常维护与地铁的灾害应急制度的建立与完善，这是使地铁可以安全运营的必要保障。

四、地铁供电系统中变压器的保护

（一）电流速断与纵联差动保护

为了有效防止引线接地短路、绕组匝间短路和相间短路等故障的发生，要加强保护变压器，主要是对变压器的电流速断与纵联差动的保护。进行电流速断与纵联差动的保护时，主要是针对3种情况，分别是稳态、暂态和带制动特性。加强对电流速断与纵联差动的保护，避免出现短路问题，以免整个供电系统处于崩溃状态。

（二）过电流保护

变压器保护中的过电流主要是一种后备保护措施，是作为纵联差动以及瓦斯保护的后备措施，外部中有相间短路导致的过电流问题就是它主要解决的问题，必须在系统中安装低压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流以及负序过电流等保护装置来满足地铁运行的灵敏度的要求，以保障变电器正常工作。

（三）零序电流保护

零序电流保护也属于一种后备保护措施，主要是针对变压器相邻元件短路的后备保护措施，进行零序电流保护主要是针对反应大接地电流系统外部接地短路问题进行解决，通常情况下，零序电流的安装主要是在110kV以上的中性点直接接地系统的变压器中，在大接地电流系统外部接地短路出现故障时，零序电流的大小和分布情况就会受到供电系统中变压器的中性点接地位置和台数所影响。

（四）瓦斯保护

控制以及改变油箱中气体的流动速度和数量，从而起到保护变压器的作用，这就是瓦斯保护。目前瓦斯保护因为在实际运用中具有安装操作简单方便、灵敏度高的特征被广泛运用到变压器的保护中，同时获得了相关部门的一致好评。瓦斯保护装置一般被安装在室外0.8MVA及以上或者0.4MVA以上的变压器中，并且这种变压器是油浸式变压器，通过这种方式，油箱内部油面降低、短路等问题能够得到有效解决。但是，在实际的操作中必须融合使用纵联差动保护以解决运行中的瓦斯保护装置不能直接反映油箱外部故障的问题。

（五）过励磁保护

变压器中的过励磁问题主要就是依靠对地铁供电系统变压器进行过励磁保护来实现，励磁涌流对变压器造成的损害比较小，这是因为励磁涌流对电流导致的冲击持续的时间比较短，但另一方面，可能会导致变压器中的纵联差动保护装置发生作用。所以，要连续多次合闸为变压器充电，防止在大电流的冲击下导致的固定物松动的问题。

（六）变压器温度保护

检查试驗变压器的温度时，要维护好二次回路良好的绝缘性，避免接地现象的出现，另外，要根据户外防护等级的标准来选择变压器的温度设备接线盒。除此之外，要保证温度探头和温度采集线的完整性不被破坏，进行温控器的安装工作时，导线插头的连接要紧固，同时温控电源要保证可靠。

五、结束语

综上所述，地铁是现在人们出行的重要交通工具，为了保障人们出行的便利与安全，因此，要维护好地铁供电系统的运用，全面分析和把握地铁变压器存在的常见故障并及时给出应对措施，通过日常的维护的故障解决，保障地铁运行的安全可靠，为地铁的正常运行提供安全可靠的运行环境。

参考文献：

[1]廖颂文.配电变压器日常运行维护问题探讨[J].电子世界，2015（23-26）