地铁供电系统中的变压器保护及故障解决

地铁供电系统中的变压器保护及故障解决

李彬彬

天津市地下铁道运营有限公司天津300022

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

1地铁供电系统概述

地铁作为一种现代交通工具，其运行的动力来源是电能。供电系统具备经济合理、运行灵活安全、操作方便、供电可靠等原则，此外，在接线方式上还应该具有发展的可能性。地铁供电系统作为供电系统的一个子系统，也必须符合这样的原则。另外，地铁中的辅助设备，如排水、通风、防灾警报、照明、信号、通信、自动扶梯、空调等，都必须依靠电力系统供电才能得以运行。变压器作为供电系统中各级电压变换的装置，对于整个电力系统来说是一个不可或缺的组成部分，因此对变压器的维护也就显得尤为重要。

2地铁电力系统主要能源

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3变压器故障分析与保护

3.1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。

3.2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。

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。

结束语

地铁工程中最重要的系统之一就是地铁供电系统，它的任务主要是提供地铁列车和各种辅助设备的电能。地铁供电系统是否安全，直接关系着运营人员、乘客、设备、行车等多个方面的安全。因此，对地铁供电系统中的变压器的保护就显得尤为重要。除了上面所说的对变压器故障的监测、保护和故障解决措施之外，加强科技的创新以及提高工作人员的技术水平，都是保障地铁供电系统得以发展的重要力量。

参考文献

[1]何首贤，葛廷友，姜秀玲.供配电技术[M].北京：水利电力出版社，2005.

[2]刘娜，梁国栋，王刘芳，等.电力变压器故障模式的分析及危害评估[J].高电压技术，2003.

[3]刘娜，高文胜.基于组合神经网络模型的电力变压器故障诊断方法[J].电工技术学报，2003，（2）.

[4]祁辉，李廷刚，王立军，马伟斌，刘杰.探地雷达在地铁隧道施工过程中的应用[J].现代城市轨道交通，2012，（3）.