地铁供电系统变压器保护及故障研究

中铁四局集团电气化工程有限公司 张承旺

供电系统在地铁运行方面有着极高的作用，本身属于地铁运行中的一项动力部分，能够减少多余辅助类型设备的应用，有利于地铁长远运行。变压器与供电系统运行状态有关，当运行期间出现隐患以后，将不利于供电系统正常运行，影响了地铁线路的稳定性。受到各项因素的影响，导致运行过程中问题频繁出现，为后期埋下了一定的安全隐患。本文分析了地铁供电系统变压器的保护方式及存在的故障，提出了相应的解决对策。

1 地铁供电系统变压器保护方式

1.1 地铁供电方式

地铁供电方式表现为三方面，即集中供电、分散供电以及混合供电。第一种类型的供电方式主要是指建设专用变电所，为轨道交通提供一定的电力支持。以实际情况为主，合理地划分电压。第二种类型的供电方式表现为轨道交通线路沿线的牵引变电所和降压变电所。第三种类型的供电方式则是将前两种方式相互结合，该项方式稳定性良好，地铁运行过程中出现问题的概率较低，地铁供电系统表现为变电所配电系统和监控设备。在具体运行过程中，应当保持电梯排水、预警和通信等多方面的稳定性，从一定程度上推动地铁有效开展，提升地铁运行的稳定性[1]。

1.2 变压器的温度保护方式

在地铁供电系统变压器实际操作过程中，普遍存在着各种各样的问题。比如一旦温度上升幅度较大，高于安全运行环境，将会增加变压器问题出现概率。基于此，在供电系统运行过程中，应当加大变压器的保护力度，采取合理的方式保持变压器的稳定性。在保护期间，可以装设探头或者温控装置，利用各项装置动态性地检验温度情况，安装空调装置，保持温度的适宜性。另外，在变压器上安装风机能够达到降温的目的，以免因为温度较高而影响到正常运行，提升运行效率，为变压器规范性操作构建适宜的条件。

1.3 变压器保护内的瓦斯保护技术

应用瓦斯保护技术属于地铁供电系统变压器保护中应用极为普遍的一项技术。该项技术在变压器内产生的保护效果良好，其具有灵敏性高、经济性强，以及工艺操作简单等一系列优势。其中，油浸变压器是地铁供电系统中应用极为普遍的一种设备，但在油浸变压器运行过程中有着相应的隐患。比如绝缘体因为使用时间较长而发生了老化问题，故障因素的出现导致变压器内部温度上升，诸多热量处于变压器内部，难以及时排出。变压器油箱箱体无法承受较大的压力，导致油箱箱体发生爆炸。利用瓦斯保护技术可以规避各种现象的发生。如果变压器内部的压力和气体发生异常状态，系统能够自我保护，可以全面预防变压器油箱液面降低和短路问题的发生[2]。

1.4 变压器保护内的电流速断和纵联差动保护技术

电流速断和纵联差动保护可以避免变压器发生短路故障。在运行过程中，变压器发生了短路故障，将会影响到整个运行系统的稳定性，甚至还会导致局部区域地铁供电系统发生崩溃性故障。从应用电流速断和纵联差动保护技术以后，能够全面地保护变压器。电流速断保护有着稳定性高、技术简单，以及反应迅速的优势，但是无法应用到整个地铁供电线路中。如果超出基本的保护规范，将难以起到保护效果。当达到最小保护范围，可能会因为保护目标缺失而使效果下降。纵联差动保护装置内设置了感应继电器装置，在系统检测到短路时，感应继电器将会产生电流指标，随之发出保护动作，变压器设备开启跳闸保护。纵横差动保护原理如图1所示。

图1 纵横差动保护原理

1.5 变压器保护内的过励磁保护技术

在变压器运行过程中，一旦发生了励磁现象，将会增加供电系统故障出现的概率，对变电器稳定运行产生不良影响。过励磁现象产生的原因有很多种，比如变压器的调压分接头连接不到位。但是如果变压器多次发生过励磁现象，将会导致变压器绝缘体发生不良的老化状态，使变压器设备难以正常运行，甚至发生报废现象。所以应当结合供电系统内变压器保护现象，全面展开励磁保护作业。

1.6 过电流保护

通过过电流保护能够全面解决电流引起的各项问题，采取纵差保护或者瓦斯后备保护措施综合分析。因为变压器在反应相间的短路电流将会强化电流保护的后备措施，也可以通过安装阻抗保护负荷电压方式保持电流的稳定性和安全性。

电压型框架保护是框架保护中的一种具体类型，该类型保护的采样对象是整流柜负极与保护地之间的电位差。当负极对地电位达到一定值时，该类型保护将发出跳闸信号跳开本站两台35kV 牵引变压器开关，以及本站所有直流高压开关。装设电压型框架保护的主要目的是保护设备的安全，其与钢轨电位限制装置不一样，钢轨电位限制装置的主要目的是保护人身的安全，在整定值上框架保护的动作定值要比钢轨电位限制装置的定值高。

2 对于地铁供电系统中变压器故障隐患的探究

2.1 绕组故障

绕组故障在供电系统中出现的概率是特别高的。结合具体情况来看，产生各种问题的因素表现为多方面，具体表现为绕组的绝缘层受损、焊接质量非常差或者发生了短路现象。出现该种现象以后都会引起各种各样的问题发生。虽然问题出现以后，变压器工作也不会出现较大的异常状态，一段时间之后依旧可以正常运行，可是内部已经存在着十分严重的问题，在短路之后发生危险的概率就会增高，对导线性能造成了影响，导致绝缘部分逐渐炭化，从而造成了更加严峻的后果。

2.2 地铁供电系统变压器内的引线故障

变压器引线故障是地铁供电系统中变压器常见的故障问题。引线属于变压器内部绕组连接外部线路的基本元件，也是供电系统变压器中十分重要的一项设施，通常情况下，引线的接头处经常出现故障，引线接触引起了虚接和接触点分离现象，从而造成了引线故障。引起引线故障的类型多种多样。但是从整体上看，基本上都是因为引线线路衔接不到位引起的。

2.3 绝缘故障

绝缘故障是变压器故障中普遍存在的一种问题，变压器绝缘故障会引起故障反应。比如绝缘故障、短路绝缘故障，影响了变压器的质量提升，导致地铁供电系统发生了更大范围的故障。在供电系统运行过程中，造成变压器绝缘故障的因素有很多种，比如变压器内部温度持续性上升。热量作用之下，绝缘体受到了老化因素的影响，变压器内部线路发生双线问题，线路焊接点出现裂缝，变压器内部积累了较多的灰尘，这些因素都会造成绝缘故障[3]。

2.4 瓦斯故障

通常来讲，变压器不会因为突然发生故障而停止运行。针对瓦斯来讲，轻瓦斯会发出报警信号，重瓦斯会产生跳闸现象，也有可能两者一起出现异常状态。在维修过程中，应当加大变压器温度和电流强弱程度及电压大小等多方面的重视。

3 地铁供电系统变压器保护故障解决对策

3.1 引线故障解决对策

工作人员检查过程中，需要明确引线螺栓松动及焊接问题的具体位置并加以改正，将存在的问题及时解决。在检修或者焊接工作之前必须保持整洁性，完成焊接工作以后重点检验，避免维修位置依旧存在异常状态，工作人员逐一检查所有的螺栓，确保维修工作到位以后变压器才可以重新运行，以免由于焊接位置发生异常状态而导致不良后果。除非必须更换，一般情况下是不需要对引线进行更换的。在引线更换过程中，应当保持周围位置的整洁性，在没有脏物的情况下再次开展工作，降低相关问题造成的影响。需要注意的是，一旦引线发生了连接问题或者封闭问题，必须及时更换引线，使其处于正常运行的状态。

3.2 瓦斯故障解决对策

工作人员处理瓦斯故障过程中，应当从变压器油箱的温度、油面等多方面加以检验，明确产生瓦斯故障的基本来源。如果是因为空气引起的瓦斯故障，必须做好排气处理，经过检查确定并不是气体引起的故障问题，必须逐一排查继电器。比如展开色谱检验，避免发生气体燃烧现象。若没有全面排除瓦斯故障是无法保持地铁供电系统变压器处于良好运行状态的。如此一来，既可以提升供电系统及设备的稳定性和安全性，同时也可以避免设备性能受损。

3.3 绝缘故障解决措施

为了全面解决绝缘故障，工作人员应当确定产生问题的具体原因。在处理过程中，分析内部绝缘故障产生的因素，比如是受热造成的故障还是机械应力造成的故障。工作人员及时处理，保持干燥性，降低各项问题造成的不良影响。当变压器油的质量较差时，必须及时更换品牌。除了上述因素之外，工作人员还应定期检查，查看是否有无法疏通的现象，若有，要将堵塞物有效清除，提升处理效率，发挥良好的绝缘作用[4]。

3.4 绕组故障解决措施

供电系统内变压器绕组故障经常出现，工作人员应当及时研究解决故障的措施，结合具体情况选择与之相符的解决方式，有效地更换变形零件，拧紧绕组中出现的松动零件，优化和改善绕组的结构，增强物理强度，降低因为绝缘问题而造成系统短路的概率。针对使用时间较长、受损严重的绕组必须立刻更换，保持干燥性，以免因为产生大范围的变形现象而导致系统短路。

3.5 日常维护措施的落实

为了从根本上减少问题的出现，保持地铁供电系统变压器的稳定性。在工作开展过程中，应当加大日常维护力度，提升运行质量，采取合理的措施。利用监测系统和安装装置开展各项工作，强化供电系统的维护效果，增强供电系统安全管理工作的规范性，提升整体质量。在日常维护过程中，应当定期检验变压器，探究其存在的安全隐患并有效处理，保持地铁线路安全运行[5]。

3.6 加大供电系统设备的维护力度

在供电系统变压器故障解决过程中，除了解决引线、绕组线，以及绝缘等多方面发生的故障之外，还必须结合实际情况，制定健全且完善的供电系统安全管理体系。强化信息传输系统和供电系统的规范性，大力维护供电设备，保持安全管理制度的完善程度，这是推动地铁稳定运行的关键。所以必须对地铁设备加以维护，制定地铁灾害应急制度，以此推动地铁稳定运行。

从以上论述来看，供电系统是地铁运行过程中的基本动力来源。供电系统质量决定了地铁整体运行质量，而变压器也是供电系统中十分重要的一项核心设备。在变压器使用期间，普遍存在绕组故障、引线故障和绝缘故障。面对这种现象就需要加大地铁供电系统变压器保护力度，采取合理的措施提升变压器运行效率，有效解决故障，推动地铁稳定运行。