探析地铁牵引变电所变电设备可靠性

探析地铁牵引变电所变电设备可靠性

郑兆宏

广州地铁集团有限公司

摘要：随着我国城镇化进程的不断推进，地铁作为人们日常工作出行的首选交通工具，其运行的安全可靠性尤为关键，涉及到乘客的人身财产安全。而电力是地铁运行的基本支撑条件，其牵引变电所变电设备的良好运转，对地铁正常运行具有重要意义。本文主要对牵引变电所变电设备可靠性进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：地铁；牵引变电所变电设备；变电设备；可靠性

引言

        我国经济水平发展速度越来越快，地铁工程项目的建设也得到了质的飞跃，在电气化地铁运营过程中，应用牵引变电设备为地铁电力机车提供电能。在地铁运行过程中，牵引变电设备发挥着重要的作用。因此需要保证地铁牵引变电设备运行的安全性和稳定性，保证地铁安全稳定的运行。由于地铁牵引变电设备运行过程中受到多种因素的影响，因此需要运用先进的技术手段，并采取具体的保护措施，优化牵引变电设备控制方式，为地铁正常、稳定的运营打下坚实的基础。

一、牵引变电所变电设备概述

在城市轨道交通牵引供电系统中，电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨（称轨道回路）、回流线流回牵引变电所。

     牵引变电所主要由整流机组、直流开关柜、负极柜组成。整流机组负责将变压器输出的交流电压，通过整流电路输出为电动列车运行所需的直流电压DC1500V。直流开关柜、负极柜为直流电气开关，其功能就是完成电路的接通和切断，达到电路的转换、控制和保护的目的。

二、地铁牵引变电所变电设备的可靠性分析

2.1牵引变电设备保护动作可靠性分析

牵引供电系统常见两种类型的短路故障，一种是正负极短路，另一种是正极对地短路故障。大多数保护措施主要是针对正负极短路故障的，而为了解决对地故障通常采用框架保护的方法。

对于正负极短路故障，通常是由于接触网短路引起的。短路点和牵引变电站之间的距离会对电流的大小产生影响。远程短路故障电流的峰值与列车启动电流的峰值相似或甚至更小。因此，远程短路故障电流与列车启动电流之间的差异是牵引变电站直流保护的难点。针对这种情况，直流馈线开关柜通常配有di/dt电流上升率保护及△I电流增量保护，两者相互配合来实现保护功能。以某条地铁线路为例，列车启动瞬间最大电流上升率为4kA/s，而这两种保护的启动条件则可以设置为40kA/s，远大于正常工况出现的最大电流上升率。在启动后，两种保护进入各自的延时阶段，互不影响，再根据实际情况出口动作对应的保护类型。一般情况下，di/dt电流上升率保护主要针对中远距离的非金属性短路故障，△I电流增量保护主要针对中近距离的非金属性短路故障，而金属性直接短路故障一般会产生极大的故障电流，则依靠断路器自身的电磁脱扣装置来快速实现保护跳闸。

2.2牵引变电设备供电运行可靠性分析
        地铁牵引供电系统的涉及的电压等级有AC35KV、AC380V、DC1500V、DC110V，供电均采用两路电源分段运行模式。正常情况下，当一路电源失电时，另一路电源自动投入，使地铁变电所仍然能不间断的获得电能，满足地铁正常运营的用电要求。当出现保护跳闸情况，则可能出现本所变电设备退出，由相邻牵引变电所为接触网供电的情况。

   以某地铁线路牵引变电所为例，当电流型框架保护动作后，将闭锁本所所有DC1500V直流开关，同时联跳邻所相关的直流馈线开关，但不闭锁邻所的馈线开关，邻所可远方复归后进行送电操作；电压型框架保护动作后，则只会闭锁本所所有DC1500V直流开关，但不联跳邻所相关的直流馈线开关。两种框架保护动作后均可合上越区刀闸后实施大双边供电模式，确保接触网正常供电，列车出现短暂动力中断后即可恢复正常。

三、地铁牵引变电站设备特点分析
    3.1 DC110V电源系统故障

      地铁牵引变电站设备的控制回路均使用DC110V电源，尤其DC1500V直流开关大多依靠电保持合闸，即当控制回路发生失电故障时，开关将无法维持合闸状态。为此，DC110V电源系统往往设置有蓄电池组作为后备应急。亦正因如此，在考虑极端故障情况及应急措施时往往忽略考虑控制回路失电的故障可能情况。实际使用经验发现，牵引变电所温度较一般变电所要高，蓄电池组的使用寿命没有预期的长。

若蓄电池状态异常，此时再发生DC110V系统故障，虽然DC1500V断路器设置有自动重合闸功能，但是在直流操作电源断电后，即使立刻恢复电源，断路器仍然不会启动和执行自动重合闸功能。若整个牵引变电所的直流操作电源失电，则该所的DC1500V直流牵引系统将退出运行。为了满足牵引负荷用电，需要采取越区供电措施，但是由于越区隔离开关的操作电源和电机电源都是使用DC110V的，若电源不能很快恢复的情况下，此时越区隔离开关操作只能采用手动机械操作；又由于变电所是按无人值班设计的，运行人员到达现场再按相关程序进行操作合上隔离开关需要一定的时间，从而严重影响列车的正常运行。所以DC110V电源必须处于良好的工作状态，否则小故障也可能会造成极大的影响。

3.2 一次小电缆过载可能

地铁牵引变电站设备柜种类多，柜内一次小电缆数量也多。在考虑短路故障等可能出现的极端情况时，往往没有把柜内一次小电缆的载流能力纳入评估内容。如整流器正负母排上连接着若干的一次小电缆，在发生正负极短路故障时，流经小电缆的短路电流较大，但由于小电缆截面小，载流量低，动稳、热稳较差，可迅速造成部分小电缆铜芯熔融后胶皮破裂烧损，产生电弧拉弧并挣脱散落于柜内，其燃弧接触到两侧柜体，导致电流型框架保护等保护动作，扩大故障范围。
    3.3更长的故障解决时间
        在变电站的应用和运行中，故障告警一般以文本形式发出。在变电站后端管理设备的插座中，主接线方式占有较大的比例，故障信息显示在主接线方式下。内容，通常视频的故障位置信息会播放几次。殊不知，由于报警信息内容繁多，信息量少就提示问题，一些故障信息内容很容易被忽视，无法立即处理。不仅造成了能量和元气的巨大消耗，而且还造成信息内容无法正常继承和掌握。换句话说，无法准确区分可以使用的信息内容，从而导致维护不成功。

四、提高地铁牵引变电所变电设备稳定性的对策
    4.1加强安全检查工作
        除了采取相应的保障措施外，还需要进一步发现和解决牵引和变电设备中的故障。在日常的检查和维护工作中，只有这样才能很好地改善地铁牵引变电站的变电站。设备的稳定性和稳定性。日常的安全检查工作可以合理检测变电站设备的故障和安全风险。即使故障没有在第一时间发现，也可以尽可能设置保障措施，减少对地铁线路运行和牵引变电站的影响。中后期用电设备造成的危害。因此，有必要提高对地铁牵引变电所变电设备安全检查的重视程度。在进行安全检查时，应由专职人员对变电站设备进行仔细检查，以尽量减少工作中的疏忽。如果发现存在故障和安全隐患，也应采取有效的应对措施。如果发生重大安全事故，将按照切实有效的对策消除事故中的安全隐患。

五、结语
近年来我国地铁建设取得举世瞩目的成就，在现在的地铁施工过程中，牵引变电站设备是核心的结构之一，对维持地铁的安全运行起到了关键作用。所以，在地铁运营过程中，应重视对变电站牵引变电站设备的运行状况的检查，以及及时地解决存在的问题，做到具体问题具体分析，大力发展更为先进的技术，着力巩固地铁牵引变电站变电站设备运行的可靠性，保持技术的领先地位，不断地完善和创新地铁牵引变电站设备控制方式，确保地铁的安全、稳定，为推动我国地铁建设贡献自己的力量。
参考文献
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