地铁供配电系统设备状态在线监测措施分析

涂开棉

（厦门ABB低压电器设备有限公司，福建 厦门 361000）

0 引 言

当下，地铁运维人员的配额大概在60人/km，诸多城市表示地铁计划路程可高达1 500～2 000 km。依据正常分配要求，相关人员数量与维修资金投入会是地铁经营的主要问题[1]。所以，利用技术手段减少人员占比，降低检修维护成本，保证地铁有效安全运行是当前首要问题。

1 地铁供电体系重点设施特点

1.1 关于110 kV GIS

地铁主变电站利用110 kV的GIS（六氟化硫封闭式组合电器）衔接电网电源，存在内部放点、机构故障及气体外露等问题。

1.2 关于变压器

主变电站利用110 kV三相油浸式变压器把外部的110 kV电源转变成10 kV或者35 kV的中压交流电。降压或牵引则利用33 kV、10 kV及35 kV干式变压器。但存在反常噪音、绝缘降低、局部放电或温升、油水分或气体超过合理标准及渗漏油等问题。

1.3 关于中压气体绝缘开关柜

地铁中常利用10 kV及35 kV级别的中压气体绝缘开关柜，通过将真空断路器和母线放在充斥着SF6（绝缘气体）的室内中达到绝缘功效。但存在气体外漏、断路器烧坏以及操纵机构问题等问题。

1.4 关于开关设施

地铁直流开关设施的重点设备是直流断路器，具有掌控直流、带动电源的常规供应及出现问题时快速断开故障电路等功能。存在断路器机械故障、局部温升、架构绝缘问题以及断路器触头易烧坏等问题。

1.5 关于电缆

电缆通常包括交流400 V交联聚乙烯、10 kV/35 kV交联聚乙烯、交流110 kV交联聚乙烯、直流750 V/1 500 kV乙丙橡胶或交联聚乙烯电缆。

1.6 整流器

整流器和牵引变压器联合构成整流机的电流变化装备。其中牵引变压器提供的交流电利用整流器可变成直流电。但运行中普遍存在二极管击穿、附加要件故障（压仓/亚敏电阻等等）及绝缘性能降低等问题。

1.7 关于低压400 V开关柜

低压400 V开关柜重点承担的是地铁站或变电所低压交流承载的输电与保护工作。在运行中存在断路器故障、绝缘下降、绝缘击穿及部分温升等问题。

2 地铁变电所设施在线检测的核心构思

以我国某市地铁中的一个变电站作试点进行地铁供配电设施在线检测技术的探究与实践。对110 kV油式变压器、110 kV GIS、33 kV配电变压器、干式整流变压器、1 500 V直流电缆、35 kV交流电缆、整流器、1 500 V直流开关柜、400 V低压开关柜、110 kV交流电缆及33 kV气体绝缘开关柜等设施展开在线检测。

因为此站点设施都属于带电运作，因此在线检测要尽可能不干扰设施运作[2]。经过对设施原理及特征的剖析，对检测方式的可执行性进行验证，制定了不同设施的检测指数，主要涵盖下列几类：（1）成分剖析类，主要有压力、温度、SF6微水密度、震动声波以及变压器油色谱；（2）运动检测类，主要涵盖断路器机械性质及断路器行为性质录波；（3）电量监测类，重点囊括避雷器放电频次、漏电流、铁芯（包括夹件）电流、直流设施结构泄漏电流及局部放电等内容；（4）热量检测类，包括设施母排温度、氛围湿度温度、母线槽温度及电缆温度。

3 地铁供配电系统设施状态在线监测有效对策

3.1 33 kV GIS与110 kV GIS

3.1.1 监测SF6气体

通过在线监测GIS设施中SF6气体的压力、微水密度及温度等指数，实现对SF6气体的远距离监控与检测。

利用自带温度勘测的智能压力变送器及水密度传感器，完成对SF6气体压力及微水等指数的在线监控和检测。

3.1.2 有关局部放电

利用超高频UHF传感器监测GIS局部放电时所形成的超高频脉冲电磁波，可杜绝低频影响。超声波AE传感器利用光干涉技术监测材料漏洞与隐性漏洞。利用这两种传感器，完成对GIS设施的局部放电在线检测。

3.1.3 关于避雷器

GIS避雷器是由大量非线性伏安特性的阀片组合组成，通过检测避雷器接地线内的外泄电流，判断避雷器的绝缘情况。

利用避雷器检测传感器，完成对避雷器阻容比、外漏电流、动作频次及阻性电流的检测。

3.1.4 断路器动作属性

GIS断路器的动作属性测验能高效反馈GIS操纵机构的行为状况。经过对GIS断路器分合闸电流大小的检测，能分析出断路器动作属性和设施运作年限间的关系。

在分合闸线圈中装置检测传感器，能有效检测分合闸中的分闸电流、电机电流、电机电压及线圈电流，在此基础上，能准确检验断路器的行为属性。

3.1.5 断路器动作属性检测

检测出33 kV GIS断路器中的电压电流扰动值后，后台服务端利用单独数据软件接收数据并制造出录波文件，用户端计算机利用单独录波剖析软件呈现剖析燃动前后波形，将最终结果展现给使用人员。

利用断路器行为属性录波装备，实现断路器形态的实时检测，通过相关软件剖析，明确动作延时是16 m/s。

3.2 110 kV三相油浸式变压器

3.2.1 关于油色谱微水

利用色谱剖析原理进行电压器油色谱在线检测，通过检测油内的不同构成成分，完成对变压器油内七种气体与总烃的全面探究。变压器油内微水是影响变压器绝缘效果的关键要素，经过检测探究油内微水的存量找出问题原因，制定处理方案。利用油色谱微水在线检测传感器，通过测定油中及C2H2等提取成分数值，完成对变压器油中微水及油色谱气体的在线检测。

3.2.2 铁芯接地电流检测

在变压器夹件和铁芯接地电流检测装置中加装补偿线圈形成反向电流，整改后的抗干扰铁芯接地电流监测装备可屏蔽空间磁场的影响。通过在变压器铁芯夹件中装置电流传感器，实现铁芯接地电流的实时检测。

3.2.3 关于电缆

3.2.3.1 局部放电

利用同轴电缆衔接传感器检测电缆局部放电。通过分析电缆老化破损引起的电缆温度骤升情况，需在电缆接头处布置光栅点，顺着电缆外表布置分布式量温光纤[3]。

以前的公路建设大多数采用推土机来进行施工场地的整平工作，这样能够有效地提高强夯技术应用时的效率，保证工程建设的高质量。通过前期的整平工作，能够发现进行夯基工作之后地面是否出现沉降或者出现坑洼等情况。如果出现了沉降或者坑洼等问题，施工人员需根据科学地计算来处理这种问题，从而加强路基的承载力，提高工程建设的质量。

利用分布式光线测温检测单元与局部检测单元，完成对110 kV电缆主绝缘、外表温度、外护层以及电缆接头的在线检测。

3.2.3.2 33 kV电缆

该电缆在运作进程中会出现温度转变及局部放电状况。利用局部检测单元及分布式光纤量温检测单元，完成33 kV电缆和接头绝缘性能的实时检测。

3.2.3.3 直流1 500 V电缆

综合考虑该电缆的构造和运作电压，局部检测规划效果并不显著且难以执行，因此对1 500 V电缆并未进行局放检测与温度检测。

3.3 关于1 500 V直流开关设施

3.3.1 设施温度检测

运用光纤温度传感器对变电所开关柜的实时温度展开在线检测，对母线、电缆进线以及开关的高温点展开预警及定点。利用感温光缆对主变电站电缆夹层中的电缆温度展开持续的在线检测，剖析数据信息，实时鉴别电缆问题和温度转变状况[4]。

利用光纤光栅调节仪和光纤温度传感器，完成对设施问题与温度转变的在线检测。对搜集的问题和温度预警信息进行比较，迅速确定问题位置。

配电柜中绝缘装备的绝缘阻值要超过2MΩ。直流设施框架外仅经过一条接地线完成单点接地，外泄电流只进入此接地点。利用对比法对电流传感器与霍尔电流传感器展开校对，通过测定弱电流的形式，完成对直流设施框架的绝缘检测。

通过在直流设施框架单点接地线处安装电流传感器，完成对直流设施框架外泄电流的在线检测。

3.3.3 断路器行为性质

直流1 500 V断路器行为性质和GIS断路器行为性质原理相仿。利用传感器完成直流1 500 V断路器开合闸电机电流及线圈电流的检查。

3.3.4 断路器行为属性录波

直流1 500 V断路器行为录波规律有别于交流断路器行为录波规律，利用开关柜中的直流变送器搜集讯号，直接连接到录波测控单元。交流断路器行为录波可通过开关柜中的互感器搜集讯号连接至录波测控单元。

利用断路器行为性质录波装备，完成断路器开合波形的在线检测。可用t1代表开关中断时回路电流减少到零的时间，t2代表开关行为讯号发射到初始行为的时间，t3代表开关行为讯号发射到开关状态帮助触点关闭所用时间。

4 结 论

综上所述，加强地铁供配电系统设施状态在线监测的分析和探究，是时代发展的必然趋势。相关人员要予以重视，不断学习和借鉴先进的监测观念与技术技巧。做到在实践中发现问题，及时处理问题，结合实际情况制定科学合理的处理对策，确保供电系统设施的正常运作，提高地铁安全性。