城市轨道交通的配电系统故障分析及解决方案

城市轨道交通的配电系统故障分析及解决方案

摘要：随着社会不断进步，经济持续发展，城市流动人口日渐增多，居民出行更加频繁!随之，城市交通需求矛盾日渐激烈，加上工业化进程以及经济建设步伐不断加快，人们工作节奏不断加快，时间观念逐渐强化，需要准时、全、快捷的交通方式，文章从城市轨道交通的配电系统的形式出发，对城市轨道交通的配电系统故障进行了阐述，进而根据实际情况讨论了城市轨道交通的配电系统故障的解决方案。

关键词：城市轨道交通；配电系统；故障分析；解决方案

1.前言

地铁配电设计目标是以满足地铁车站及区间的各类照明、动力设备以及通信、信号、综合监控等设备系统的用电要求，满足部分动力设备的控制要求，以保证用电安全、可靠为主要目的。

2.城市轨道交通的配电系统的形式

2.1集中式供电

在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路是非，建设专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电压一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于治理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。

2.2分散式供电

根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引进多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引进点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。

2.3混合式供电

将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，个别地段引进城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。这种方式称为混合

式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。

通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。

根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。

中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数目、牵引变电所及降压变电所的位置与数目、牵引变电所与降压变电所的主接线等。

3.城市轨道交通的配电系统故障分析

3.1接地故障电流分析

在城市轨道交通配电系统中，假设有三条长度不同的线路I,II和IQ，当线路IQ发生A相接地故障时，系统电容电流分布如图所示。

假设正常运行情况下三相电压对称且平衡，三相对地电容相等(忽略三相对地电导)。线路I的A相接地后，A相的对地电压为零，B相和C相的对地电压均升高为线电压。

3.2容性电流补偿措施

由以上分析可知，城市轨道交通35kV系统发生单相接地故障后，接地故障点会有电容电流流过，当接地电容电流较大且超过一定值时，接地电弧不能自行熄灭，将造成弧光接地，产生过电压。如能在故障时自动在故障点接入一个电感J险电流，则能使电感电流和电容电流因为相位相反而自行抵消，合成电流为零或者很小，然后自行熄灭。产生这个电感性电流的电压就是故障发生时在电网中性点出现的位移电压。故障点电容电流超前电网中性点位移电压900，此时若在中J险点上接上一个电感线圈，通过电感线圈的电流IL经大地由故障点流回中性点。在故障点IL与电容电流入汇合，其相量和接近于零，达到消弧的目的，这个电感线圈称为消弧线圈。

3.3单相接地故障谐振分析

为了检测变电站母线对地电压，通常在变电站母线上接有TV，并且其一次绕组接成星形，中性点直接接地。当系统在单相接地故障消失后，TV的励磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，造成谐振过电压。

4.城市轨道交通的配电系统故障的解决方案

4.1单相接地故障谐振解决方案

就城市轨道交通35kV系统而言，可以从这些方面入手，解决该故障问题。一是TV一次侧接电阻。在全方位分析该故障问题之后，需要在TV一次侧接入50000欧姆的电阻，在一定程度上，增加系统零序回路的阻尼，有效抑制谐振，确保系统谐振电压幅值在规定的范围内，在0.23秒后，系统基本上都可以处于正常运行中。二是:系统中性点经消弧线圈接地。在系统中性点相关位置，按照相关规定，合理接入0.2H消弧线圈，借助消弧线圈，达到抑制谐振的目的。在采用这种方法的时候，所持续的时问比较长，在消谐的时候，系统三相电压会出现强烈的振荡现象。此外，还可以采用系统中性点经过小电阻接地的方法，来解决这一故障问题，达到消谐振的目的。就这三种方法而言，中性点经电阻接地方法是经常采用的方法，主要是因为在快速抑制谐振的基础上，也不需要经过较长时问系统才能处于正常运行中。相应地，在城市轨道交通35kV系统中性点在接入较小电阻之后，系统的三相对地电压也会发生相应地变化。

4.2容性电流补偿措施

需要在故障点，巧妙地接入电感性电流，在相位作用下，电感电流、电容电流自行抵消，减小电流数值或者合成电流为零，实现自动熄灭。此外，如果故障点的电容电流超前电网的中性点，其位移电压为90度，可以在对应的中性点上，准确接入适宜的电感线圈，充分利用电感线圈，使相关的电流在流经大地之后，在故障点作用卜，流回中性点，使故障点、电容电流相汇合，减小点流量，起到消弧的作用。如果消弧线圈补偿电流大于电网电容电流，被成为过补偿，失谐度为负值，反之，如果消弧线圈补偿电流小于电网电容电流，则为欠补偿，失谐度为正值，当二者相等的时候，为全补偿。通常情况卜，电网的运行需要处于过补偿状态，不能处于欠补偿状态，为此，在解决该故障问题的时候，要综合考虑各种影响因素，采取适宜的措施，使电网系统处于过补偿状态。

5.结束语

地铁配电是一个综合性极强的设计工作，在设计中应在满足相关规范要求的前提下，合理制定系统方案，并考虑整体工程造价。随着建筑智能化的普及，自动化程度也成为了考量配电系统设计好坏的重要标准。

参考文献

[1]林琳,高亚静,段晓波.城市轨道交通的配电系统故障分析及解决方案[J].电气应用,2014,12:91-95.

[2]李惠操.城市轨道交通的配电系统故障与解决方案分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2016,04:69-70.