浅谈电压波动对地铁电气设备运行的影响及防治措施

张胜 彭辉

摘 要：地铁供电系统电压波动直接影響到运营的质量;电压突然升高，电气设备的绝缘受到威胁，甚至击穿;电压瞬时下降，电气设备难以正常运行，甚至突然停运。本篇文章从地铁电压波动的产生原因入手，较详细论述了电气设备受到电压波动的各种影响，最后提出了针对性防治措施。

关键词：电压波动;击穿;地铁设备运行的影响;防治措施。

引言

电力系统受到雷电的冲击或突击性、间歇性负荷的存在及电气设备发生短路故障，导致系统电压瞬时快速变动，即电压波动。西安地铁每天几千台电气设备运行，担负着西安地铁全部用电设备电能的输送，每台电气设备的稳定运行，直接影响到地铁的安全运营秩序。地铁电气设备只有在额定电压的允许范围内，才能保障电气设备安全运行和使用寿命，但西安地铁几乎每月均在发生电压波动。

1.电压波动产生原因

1.1发电入网及输电损耗。电力系统连接成千上万的负载，其中有感性、容性、开关电源等负载，不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网自身造成影响，严重恶化电网或局部电网的供电品质，造成电力系统电压波动。随用电量的增加，加上输电过程中的电能损耗等原因，导致末端用户电压过低，首端经常电压偏高，使得电气设备无法处在正常电压下工作。

1.2高压尖端脉冲。高压尖端脉冲主要是由于电弧放电、雷击、静态放电及大型设备的开关操作而产生的。这种脉冲电压具有突变性和不连续性，一旦产生将对供电设备造成极大的影响，持续时间从0.1ms至20ms的电压。

1.3短路故障引发的电压波动。西安地铁有高、低压线路及电气设备，由于各种原因引发的短路。若断路器或继电保护装置失灵，将造成大面积停电，延长整个波动时间，同时扩大电压波动范围。即使继电保护动作准确，也不可避免会在断路器断开故障点之前，在系统内造成晃点事故。

1.4暂态过电压。暂态过电压是由于断路器操作不当或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种相对稳定情况下所出现的过电压。所有的电气设备均在工频电源下工作，由于远距离空载电缆电容效应的积累，使沿线电压分布不均匀，末端电压最高，从而导致电气设备瞬间过电压，持续时间介于百万分之一秒和万分之一秒之间。

1.5误操作。由于对设备五防功能不清楚、操作人员的技能水平差及责任心不强等原因造成误操作，引起设备无停电甚至弧光短路，容易造成人身事故。

2.电压波动对地铁电气设备的影响

电压波动包含电压突然升高和电压瞬时降低。根据《电能质量供电电压允许偏差》（GB12325-90）规定电力系统在正常运行条件下，供电电压的允许偏差为：（1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的，为额定电压的+5%～-5%;（2）10kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的+7%～-7%;（3）低压照明用户为额定电压的+5%～-10%。当地铁电气设备端电压波动超过设定时，电气设备的性能、生产效率及产品质量等均将受到影响。

2.1电压突然升高对地铁接触网线路的影响

2.1.1电压高于额定值范围允许值，将造成电气设备过电压，威胁绝缘强度，甚至造成绝缘击穿。对于西安地铁额定电压DC1500V接触网线路，如果过电压大于2.4kV，就会使避雷器动作;也可能形成绝缘部件闪络或击穿，造成短路故障，变电所保护装置动作，断路器跳闸，中断供电。

2.1.2如果电压略高于额定值范围允许值，电气设备运行电流就会增大，这样就会大大降低了电气设备的正常使用寿命。

2.2电压瞬时降低对西安地铁电气设备的影响

2.2.1当电压低于1kV时，电客车的失压保护装置动作，让相应的断路器跳闸，电客车失去电能，中断行车。

2.2.2西安地铁采用异步电动机，电压波动能使其转矩、转差率、负荷电流均受到影响，造成转速不稳或过负荷现象。对于电磁启动控制或装有失压保护的异步电动机，瞬时电压下降会导致保护装置动作，自动扶梯突然停止运转，直接威胁乘客的人身安全。

2.2.3电压瞬间下降，会造成西安地铁变电所“交直流系统充电模块瞬时失电”、“整流变温控器瞬时失电”、部分“保护装置启动”等告警现象。

3.电压波动的防治措施

3.1西安地铁供电系统采用“双回路”供电，即使其中一条回路发生严重故障，无法送电时，系统会自动使用另一条回路提供电能，安全系数非常高。地铁即使一旦发生大面积的停电事故，车站的照明会采取蓄电池直接供电，可保证不低于60min的照明时间。西安地铁合理设计主站主变压器的分接头的数量，保证了电气设备的电压水平，同时主变电站主变压器采用油浸式有载调压变压器，随时调压应对较长时间的电压波动。

3.2电压过高/过低等保护配备齐全、整定合理、动作准确迅速，将事故影响降至最低。设置电容进行人工补偿。电容分为串联补偿和并联补偿。串联补偿则能改变参数，减少电压损失，提高末端电压并减少电能损耗。并联电容补偿能改变电网中无功功率的分配，抑制电压波动，提高cosΦ，改善电压质量。

3.3电缆出口加装限流器，可以增加线路的短路阻抗，限制电缆短路故障，减小电压波动幅值，增强变电所的母线短路时的残压。在大容量电动机计划性启动时，预先调高电压。

3.4电缆、架空线路的阻抗大约为0.4与0.08Ω/km。在同样长度的电缆、架空线路上因负载波动原因导致电压波动是相当悬殊的。西安地铁采用电缆、架空线路供电，并合理增大电缆截面积。

3.5电力稳压器能在电网的电压波动或负载发生变化时，自动保持输出稳定的电压，确保电气设备的安全运行。重要小容量设备用UPS供电，故障时UPS可为重要仪表、计算机设备提供不间断电源，保证仪表指示正确、计算机数据不丢失等。

4.结束语

通过对电压波动原因的分析，电压波动将直接影响电气设备使用电能的质量，影响着对电能的正常和安全应用。地铁电压波动现象是不可避免的，又是突发性的，对电气设备稳定运行的影响也是非常大的;后期建议从设计入手，针对电压波动的不规则急剧变动，采取对应措施，同时根据现场实际设备运行经验，不断完善地铁电气设备的安全运行条件，将电压波动造成的影响降低到最小。

参考文献

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