淺談電壓波動對地鐵電氣設備運行的影響及防治措施

孫鎖鳳 王蒲民

【摘 要】電力系統受到雷電的沖擊或大量沖擊性負荷、間歇性負荷的存在及各種電氣設備短路故障的發生，常常導致系統電壓短時快速變動，即電壓波動。電壓波動對地鐵電氣設備運行的影響，直接影響到地鐵運營的質量；本篇文章從地鐵電壓波動的產生原因入手，較詳細論述了電氣設備受到電壓波動的各種影響，最后提出了針對性防治措施。

【關鍵詞】電壓波動產生；地鐵設備運行的影響；防治措施

西安地鐵運營的一、二、三號線，每天運行著幾千臺電氣設備，擔負著西安地鐵全部電能的轉換和應用，每臺電氣設備的安全穩定運行，直接影響到地鐵的正常平安運營秩序。引起電壓波動的原因有：發電入網及輸電損耗、電涌的產生、高壓尖脈沖、供電系統各種短路故障電流引起的電壓波動、暫態過電壓、電壓下陷、誤操作等。地鐵電氣設備只有在額定電壓的允許范圍內，才能保障電氣設備安全運行和使用壽命，但西安地鐵每個月都在發生電壓波動。

一、電壓波動對地鐵電氣設備的影響

電壓波動包含電壓突然升高和電壓瞬時降低。根據《電能質量供電電壓允許偏差》（GB12325-90）規定電力系統在正常運行條件下，供電電壓的允許偏差為：（1）35kV及以上供電和對電壓質量有特殊要求的，為額定電壓的+5%～-5%；（2）10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的+7%～-7%；（3）低壓照明用戶為額定電壓的+5%～-10%。當地鐵電氣設備端電壓波動超過允許值時，電氣設備的性能、生產效率及產品質量等都將受到影響。

1.1、電壓突然升高對地鐵接觸網線路的影響

1.1.1、電壓高于額定值范圍允許值，將造成電氣設備過電壓，威脅絕緣強度，甚至造成絕緣擊穿。對于西安地鐵額定電壓DC1500V接觸網線路，如果過電壓大于2.4kV，就會使避雷器動作；也可能形成絕緣部件閃絡或擊穿，造成短路故障，變電所保護裝置動作，斷路器跳閘，中斷供電。在西安地鐵的電客車最高電壓是1800V，當電壓超過1800V時，電客車的過壓保護裝置動作，讓相應的電客車斷路器跳閘，電客車失去電能，自然停止運行。

1.1.2、如果電壓略高于額定值范圍允許值，電氣設備運行電流就會增大，這樣就會大大降低了電氣設備的正常使用壽命。

1.1.3、白熾燈，電壓高于額定值的10%時，電能損耗會增大21%，壽命要縮短70%。這樣不但要多使用白熾燈，還會增加維護更換人員的工作量。

1.2、電壓瞬時降低對西安地鐵電氣設備的影響

1.2.1、當電壓低于1000V時，電客車的失壓保護裝置動作，讓相應的斷路器跳閘，電客車失去電能，中斷行車。

1.2.2、西安地鐵全部異步電動機，電壓波動會使其轉矩、轉差率、負荷電流都受到影響，造成轉速不穩或過負荷現象。當電壓低于額定電壓10%時，電動機電磁轉矩約下降為額定轉矩的81%，負荷電流將增加5%～10%以上，溫升將增高10%～15%以上，而且啟動時間延長，絕緣老化加快、繞組線圈發熱、損耗增加、效率下降及功率因素下降，影響電動機的壽命。對于電氣磁啟動控制或裝有失壓保護的異步電動機，瞬時電壓下降會導致這些保護裝置動作，自動手扶電梯突然停止運轉，直接威脅乘客的人身安全。

1.2.3、電壓瞬間下降，會造成西安地鐵變電所“交直流系統充電模塊瞬時失電”、“整流變溫控器瞬時失電”、部分“保護裝置啟動”等告警現象。

1.2.4、熒光燈亮度隨電壓波動而變化，當電壓在較大范圍內持續波動時有閃爍感。電壓低于額定值時，發光效率急劇下降。高壓汞燈，當電壓降低20%～30%，導致站廳內的照明設備持續0.5～1秒熄滅。

西安地鐵已經發生電壓波動多次，2017年三條線共發生電壓波動31次，2018年1月至9月，三條線共發生電壓波動57次。例如2018年7月26日14：27因外部110kV電源電壓波動影響：一號線金花主變電站、三號線務莊主變電站電壓波動，造成一號線玉祥門至紡織城部分車站電扶梯、風機停止運行，浐河一臺冷機故障；三號線青龍寺至保稅區部分車站大小系統、風機停止運行。行政中心

主站電壓波動，行政中心主站3540備自投I母有壓動作恢復；3541對側有壓恢復動作；3543對側有壓恢復動作；110KV備自投I母有壓恢復動作；110KV備自投II母有壓恢復動作；3540備自投II母有壓動作恢復；北大街至車輛段部分車站106、107整流變溫控器故障報警動作恢復；交直流屏充電模塊告警動作恢復；北客站交直流屏充電機無輸出告警動作恢復；交直流屏輸入過欠壓告警動作恢復。

二、電壓波動的防治措施

2.1、西安地鐵供電系統采用“雙回路”供電，即使其中一條回路發生嚴重故障，無法送電時，系統會自動使用另一條回路提供電能，安全系數非常高。地鐵即使一旦發生大面積的停電事故，車站的照明會采取蓄電池直接供電，可保證不低于60分鐘的照明時間，而車輛在行進中即使遇上停電，自身也有足夠的慣性行駛至車站，保障乘客及時進行疏散。西安地鐵合理設計主站主變壓器的分接頭的數量，保證了電氣設備的電壓水平，同時主變電站主變壓器采用有載調壓變壓器，隨時調壓應對較長時間的電壓波動。

2.2、電壓過高/過低等保護配備齊全、整定合理、動作準確迅速，將事故影響降至最低。設置電容器進行人工補償。電容器分為并聯補償和串聯補償。并聯電容器補償能改變網絡中無功功率分配，抑制電壓波動，提高功率因數，改善電壓的質量。串聯補償則能改變線路參數，減少線路電壓損失，提高線路末端電壓并減少電能損耗。

2.3、線路出口加裝限流電抗器，可以增加線路的短路阻抗，限制線路故障時的短路電流，減小電壓波動幅值，提高變電所的母線短路時的殘壓。在大容量電動機計劃性啟動時，預先調高電壓。

2.4、架空、電纜線路的電抗約為0.4與0.08Ω/km。在同樣長度的架空線路和電纜線路上因負載波動引起電壓波動是相當懸殊的。西安地鐵采用電纜線路供電，并合理增大電纜截面積。

2.5、電力穩壓器能在配電網絡的供電電壓波動或負載發生變化時，自動保持輸出電壓的穩定，確保電氣設備的正常運行。重要小容量設備用UPS供電。故障時，UPS可為重要儀表、計算機設備提供不間斷電源，保證儀表指示正確、計算機數據不丟失等。

2.6、大型電動機啟動采用軟啟動器、變頻器等新技術，降低啟動沖擊電流和電壓波動。采用調整設備無壓釋放時間參數、加裝穩壓及不間斷電源裝置、設置雙回路自切供電、斷電自復裝置等手段，加強設備運行可靠性。

2.7、建立電壓波動檔案，熟知設備故障信息分析方法。嚴格執行操作規程，選用帶五防功能的高壓開關柜。加強技術培訓和技術學習，防止發生災難性的誤操作。

三、結語

電壓波動將直接影響電氣設備使用電能的質量，影響著對電能的正常和安全應用。我們將在今后的工作中，進一步學習、探索、研究，不斷總結工作經驗，從設計入手，針對電壓波動的不規則急劇變動，采取對應措施，根據現場實際設備運行經驗，不斷完善西安地鐵電氣設備的安全運行條件，將電壓波動造成的影響降低到最小。