城市轨道交通安全门电源系统空载合闸失败原理分析

摘 要：城市轨道交通的安全门系统的设置对于乘客的安全至关重要，安全门的故障处理问题困扰运营公司，本文从理论上分析安全门系统中的电源变压器前端隔离开关在掉电重合闸失败的原因，并依据原理提出一种串联电阻的改进措施解决现场问题，应用证明该方法简单有效。

关 键 词：轨道交通；变压器；安全门；励磁涌流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.111

随着我国经济的发展，城镇化建设的规模、城市人口及交通量随之增大，快捷便利、安全准时、容量大的城市轨道交通成为主导城市综合交通体系，在城市结构变化中起到巨大的作用。同时城市规模的扩展，私家车的剧增、城市拥堵成为目前城市发展的最大障碍，因此，发展城市轨道交通是解决目前城市交通拥堵问题，提高城市公共交通出行服务质量，满足城市居民交通出行目的的有效方式之一。目前，2017年12月31日，中国内地累计有34个城市建成投运城轨线路5021.7公里，位居世界前列。运营里程的增加，运能的提高，运营安全的保障尤其重要，安全门系统的引入解决站台上乘客跌落隧道造成的事故、降低空調系统耗能、同时提高了行车安全性，安全门系统的稳定运行也是影响城市轨道交通运营质量的主要因素之一，本文就安全门系统在供电电源掉电重合闸失败现象进行分析其产生原因并提出一种解决方案。

1 城市轨道交通安全门系统

1.1 基本结构

城市轨道交通安全门系通包括电气和机械两部，电气部分由电源系统、控制系统及监控系统组成，机械部分由门机驱动系统和门体组成。安全门系统一般有三种结构形式。

（1）屏蔽门，安装于地下轨道交通站台上，把站台与行车区隔离，属于全封闭型，可以防止人或物体侵入轨道和隧道，保证运营安全，同时可以降低站台空调系统耗能。

（2）全高安全门，安装于地铁、轻轨等交通车站，门体结构超过人体高度，门体顶部距离站厅底部之间有一段不封闭空间，可以防止人或物体侵入行车区间，保证行车安全。

（3）半高安全门，主要安装于地铁、轻轨等轨道交通地面或高架

车站，门体高度不超过人体高度，并不封闭，可以防止人、物等跌落行车区间。安全门系统在正常情况下，能更好的管理乘客，改善候车环境等，灾害模式下，可配合其他设备进行联动控制，防止灾害区域扩散。

2 掉电重合闸失败分析

在运营过程发生由于城市轨道交通外部供电系统掉电后重新送电时安全门电源系统在重合闸时发生合闸失败的事故，在事故分析时耗费大量人力物力，影响运营安全的进行，事故的表现为，供电侧的断路器过流跳闸，故障发生时系统终端的负载均在初始位置未动，所以排除由于系统机械部分运动产生的负载电流或是有机械运动产生的其他附加电流导致的过流跳闸，经过详细分析安全门电气控制系统也排除了能引起上端断路器过流跳闸的大电流产生的可能，安全门系统各部件安装规范，需要绝缘部位绝缘符合要求，接地连接正常且接地电阻符合要求，经过这样分析排除安全门系统内部的故障，接着分析安全门系统外在因素，确定为电源变压器空载合闸励磁涌流过大造成前端断路器过流保护动作，下面从理论上分析变压器空载合闸励磁涌流产生的原因。

变压器空载合闸励磁涌流产生原因分析：励磁涌流是由于变压器铁芯饱和造成的，变压器铁芯里磁化曲线近似为图1所示，变压器铁芯中磁通与所加电压的关系为，其中、、分别表示额定电压、磁通及变压器匝数。若设变压器t=0时刻合闸，其端电压为代入上式可以求出，前者为稳态分量，后者为自由分量，由于变压器中的磁通时不能突变可以求出，其中为变压器铁芯的剩磁，其方向和幅值与变压器切除时刻电压有关。

磁通的变压器在正常运行电压低于额定电压的110%，而饱和磁通一般为，所以不会发生磁通饱和，但是在空载合闸的暂态过程中产生磁通超过该值，造成变压器的严重饱和。若铁芯的剩磁大于零，合闸半个周期后达到最大值，最坏的情况是电压过零时刻合闸，达到最大值，远远大于，导致变压器的严重饱和。

从图1中可以得知，铁芯饱和后，磁化曲线斜率很小，电流大大增加形成励磁涌流。当在电压过零时刻投入变压器时，会产生最严重的磁饱和现象，因此励磁涌流最大。当在电压为峰值时刻投入变压器时，不会产生磁饱和现象，因此不会出现励磁涌流。

3 解决方法

通过对变压器空载合闸产生励磁涌流形成的机理进行分析可知，变压器励磁涌流的大小受变压器合闸电压初相角和剩磁影响，在现场项目改成中，通过在电网和变压器的输入端之间串联适当的电阻限制冲击电流，待电流降低到符合规定后限流电阻切换，串联电阻法能有效限制冲击电流，有利于合闸过大电流的快速衰减，为了检测串联电阻抑制变压器励磁涌流的的效果，利用Matlab 建立变压器励磁涌流抑制仿真模型，从仿真分析得到的结论是选择合适串联电阻可以把励磁涌流降低至额定电流附近，通过现场实验后证明串联电阻后变压器空载合闸励磁涌流被抑制在1.1倍额定电流以内，远低于供电系统过流保护动作电流阈值，这种串联电阻的方法效果明显，而且实现简单，操作方便、投资少，便于项目改造。

4 结 论

本文通过对城市轨道交通安全门系统供电电源掉电重合闸失败原因的分析，在项目改成中采用变压器前端串联电阻抑制变压器空载合闸产生过大的励磁涌流，应用实践证明该法一种简单实用的解决方案。

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作者简介：王青林（1975-），男，山西大同人，硕士，主要从事轨道交通机电技术方面的应用。