试论地铁供电系统中变压器保护及故障解决

代斌

摘 要：地铁作为当前各大城市一种主要的出行方式，在缓解城市交通拥挤方面发挥了积极作用。但是由于地铁在一个相对封闭的环境下运行，因此保障地铁供电系统的正常运作就显得至关重要。变压器作为地铁供电系统的核心元件，需要技术人员定期进行检修和维护，并对发现的故障进行及时有效的处理。文章首先介绍了几种常见的变压器保护措施，随后分别从变压器浸水处理、变压器日常检修等方面，就地铁供电系统变压器常见故障的解决措施进行了分析。

关键词：地铁供电系统；变压器；保护方式；故障解决

一、地铁供电系统变压器的保护形式

1、瓦斯保护

将瓦斯继电器安装在变压器和储油柜之间，可以反映出变压器运行是否存在故障。由于瓦斯保护具有动作迅速、结果灵敏且易于操作等优点，因此也是现阶段变压器保护的一种主要形式。许多经验丰富的工作人员，仅凭瓦斯气体的一些特殊性质或表现出来的现象，就可以判断变压器是否出现故障，以及可能出现了哪种故障。例如，瓦斯本身是无色无味气体，如果发现瓦斯气体为灰黑色，则可能是油质出现问题；瓦斯气体为浅灰色，且有刺鼻臭味，则可能是绝缘板出现故障；瓦斯气体为淡黄色或棕黄色，则可能是油中进入气体等。

其保护原理为：变压器内部出现轻微故障后，会缓慢产生一定量的气体，由于气体密度小于油的密度，在气体压力作用下油面降低。此时储油柜中的金属空心浮球随油面下降并最终与金属触点接触，形成闭合回路，发出报警信号。如果变压器故障严重，则快速释放的气体导致储油柜压力短时间内剧增，启动应急系统，切断变压器的相关电源实现隔离保护。虽然瓦斯保护具有灵敏度高、结果准确等优点，但是只能定性的反映变压器故障，为了明确故障原因，多数情况下还要借助于其他保护手段进行综合分析。

2、变压器温度保护

受电流热效应的影响，变压器在长时间超负荷运行时，产生大量的热。这些热量远远超过了散热器的处理能力，从而导致了变压器内部热量逐渐累积，并导致机壳以及其他元件、线路温度的升高。在通风条件不好且温度较高环境下，变压器的绝缘性能降低，容易出现电气事故并引发火灾。因此，在地铁供电系统运行中，做好变压器的温度保护工作显得尤其重要。现阶段常用的温度保护措施主要有两种：其一是采用信息化手段，将热敏电阻制成温度探头装在变压器上，并设置安全温度范围，当变压器的实际温度超过安全温度时，系统报警，以便于技术人员及时采取降温措施；其二是采用物理手段，根据变压器实际功率，在变压器周围安装散热风机，加快热空气的流动速率，也可以起到一定的温度保护效果。

3、过电流保护

地铁供电系统中的变压器过电流保护与上文所提的几种保护措施相比，可以看作是一种被动的保护措施。一般针对解决的是在反映外部中由相间短路而引起的过电流问题，而对于因为温度变化引起的故障，过电流保护因为无法准确检测和判定故障，很难发挥保护作用。对于地铁供电系统中的变压器而言，为了尽可能的满足其运行灵敏度的要求，要在其系统中安装低压启动的过电流保护、负序过电流以及复合电压启动的过电流保护装置，为变电器的正常工作提供后续保障。

4、零序电流保护

零序电流保护是一种对变压器中相邻元件短路问题的后背保护措施，其主要解决的是反应大接地电流系统外部接地短路的问题。当大接地电流系统发生接地短路故障的时候，供电系统变压器的中性点接地位置和台数就会对零序电流的大小和分布情况产生直接的影响。通常情况下，零序电流保护要安装在110kV以上的中性点直接接地系统的变压器当中。

5、电流速断与纵联差动保护

对变压器进行电流速断的纵联差动的保护，能够有效的解决引线接地短路、绕组匝间短路以及相间短路等故障。纵联差动保护主要包括了在稳态、暂态以及带制动特性三种情况下的差动保护。通常情况下，电流速断保护装置要安装在过流时限大于0.5s的10MVA以下的变压器当中，而纵联差动保护装置则要安装在10MVA以上单独运行或6.3MVA以上并列运行的变压器当中。

二、地铁供电系统变压器故障的解决措施

1、外施耐压不合格故障的处理

在对变压器进行外施耐压试验时，如果出现变压器放电、跳闸等现象，则说明变压器存在故障。为了进一步确定故障源，技术人员首先需要根据以往工作经验，在试验过程中通过听、看等方式，初步确定可能发生故障的部件，大致锁定是那一相的问题。然后在利用工具将变压器外壳拆开，将认为出现故障的线路接入万用表，检测两侧电压是否正常。如果实测电压低于供给电压，则说明低压内侧导线与铁心柱之间的距離过近，绝缘距离达不到设计距离。此类问题有两种解决办法，一是在导线和铁心柱之间放置一块一定厚度的绝缘板，间接提高绝缘性能；二是如果变压器内有充分多余空间，可以之间拉开两者之间的距离。完成操作后，重新测定电压，符合要求后完成故障排查。

2、变压器潮湿或浸水处理

地铁长时间在空气湿度较大的环境下运行，供电系统中的部分金属元件表面因为温度较低，接触潮湿空气后冷凝成水珠，并进入到变压器的风机、铁心中。不仅容易使铁质元件出现腐蚀，而且还会增加变压器内部元件的导电性，引发短路故障。另外，像铁心的片子等结构，由于本身存在很多细微的小孔，泥沙等杂质进入后还会影响变压器正常功能的发挥，只能返厂维修或直接更换。因此，在进行变压器受潮或浸水故障处理时，一方面要确保变压器工作环境的干燥性，例如安装除湿器等方法，降低空气湿度；另一方面，对于已经受到影响的部分，要采取针对性的处理措施，例如锈蚀部分要及时除锈，并涂刷防腐漆；潮湿部位要及时用风机烘干等。完成干燥工作后，利用设备检查变压器绝缘电阻是否符合要求，以确保变压器能够正常工作。

3、变压器的日常监测与维护

在地铁运行期间，变压器的工况也会不断的发生变化，这就需要技术人员定期开展变压器检修和维护工作，从而对变压器可能存在的故障隐患及时排查。具体的维护工作流程为：首先，确定变压器检修计划，包括需要具体进行检查的内容以及检查工作的频率等。根据地铁供电系统环境的不同，如果环境相对整洁、干燥，可以适当延长检修时间，一般来说每年进行一次整体检修即可；对于环境较差的情况，则应当每半年或每季度开展一次检查；其次，采取综合检修和维护手段。除了由技术人员现场检测外，还可以借助于各类手持检测设备，以提高故障检修效率。例如变压器绝缘电阻测试、静触头的压力测试等；最后，根据检查结果如实填写检测报告，为后期地铁供电系统管理工作开展提供参考。

结语：地铁由于自身运行环境的特殊性，决定了必须要加强对供电系统稳定性和安全性的重视。变压器作为供电系统的主要设备，直接决定了整个地铁供电系统的使用情况。因此，技术人员一方面要做好变压器保护工作，通过瓦斯保护、过电流保护等方式，确保变压器运行过程中不出现故障；另一方面又要落实好检修工作，对检修中发现的潜在问题进行及时处理，避免问题扩大化。通过双管齐下，让变压器能够始终处于健康运行状态，确保地铁供电系统正常使用。

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