黄辉
北京市轨道交通运营管理有限公司 北京市 100000
摘要:轨道交通作为重要的交通基础设施，对于缓解紧张的城市交通具有重要作用，近年得到了极大的重视。轨道交通的动力来源于电力，因此地铁的供电系统是轨道交通稳定运行的基础。而在实际运行过程中，地铁供电系统的主变压器经常出现故障，严重制约轨道交通运行的可靠性。针对以上问题，本文对地铁供电系统变压器的保护与排故工作展开研究,针对变压器故障类型，结合保护配置原则，提出具体的变压器保护方式。对于降低地铁电系统中变压器故障频率，保障轨道交通的连续、可靠工作，具有重要的指导意义。
关键词：地铁供电系统，变压器，故障，保护
一、地铁供电系统变压器种类概况
目前，地铁供电系统变压器主要包括以下三种：集中供电方式（主变电所）的主变压器、为接触网(接触轨)供电的牵引变压器、为地铁动力照明灯设备供电的动力（降压）变压器，主变压器将城市电网的AC110kV交流电降为本地地铁主供电系统所需的AC35kV。牵引变压器通过整流元件将地铁主供电系统额交流电整流成1500VDC供列车行驶使用。动力变压器则是将主供电系统的35kV交流电降为400VAC低油压交流电，为地铁照明等设备提供电源
二、地铁供电系统变压器故障类型
对地铁供电系统变压器的保护，首先要分析变压器在地铁供电系统中可能发生的故障和异常情况。地铁供电系统中，电力变压器故障可分为内部故障和外部故障两大类。
1、内部故障
内部故障主要包括变压器绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地系统绕组的接地短路等。这些故障危害很大，因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧坏绕组的绝缘和铁心，还会使绝缘材料和变压器油受热分解会产生大量的气体，有可能使变压器油箱局部变形、破裂，甚至引起变压器油箱的爆炸。因此，当地铁供电系统变压器发生内部故障时，必须迅速将变压器从地铁供电系统中切除。
2、外部故障
变压器最常见的外部故障主要是变压器套管和引出线上发生的相间短路或接地（对变压器外壳）短路。发生这类故障时也应迅速切除变压器，以尽量减小短路电流对变压器的冲击。
3、变压器不正常工作状态：
变压器不正常工作状态主要表现为：
1. 外部短路引起的过电流。
2. 过负荷。
3. 油箱漏油造成的油面降低。
4. 变压器中性点电压升高或外部电压过高或频率降低等引起的过励磁示：
三、变压器保护原理分析
针对地铁供电系统中变压器的故障类型和不正常工作状态，常用的变压器保护方式有如下几种。
1、变压器瓦斯保护
瓦斯保护，又称为气体继电保护，是保护油浸式变压器内部故障的一种基本
保护装置，是变压器的主保护之一，是应对变压器内部故障的最有效、最灵敏的保护装置。
变压器瓦斯保护动作后，运行人员应立即对变压器进行检查，查明原因，可在气体继电器顶部打开放气阀，用干净的玻璃瓶收集蓄积的气体，通过分析气体性质可判断出发生故障的原因和处理要求。
瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而对变压器外部端子上的故障情况则无法反应。因此，除了设置瓦斯保护外，还需设置过流、速断或差动等保护。
2、变压器电流速断保护
对于小容量的变压器可以在电源侧装设电流速断保护，作为电源侧绕组、套管及引出线故障的主要保护，并用过电流保护作为变压器内部故障的后备保护.
3、变压器差动保护
变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可以用来保护变压器内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。
4、变压器零序电流保护
电力系统中，接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变压器上装设接地保护，作为变压器主保护和相邻元件接地保护的后备保护[4]。
中性点直接接地运行的变压器均采用零序过电流保护作为变压器接地后备保护。对于中性点可能接地或不接地的变压器，需要装设两套相互配合的接地保护装置：零序过电流保护——用于保护中性点接地运行方式；零序过电压保护——用于中性点不接地运行方式。
四、变压器的保护配置
为了保证地铁供电系统安全可靠地运行，根据上述可能发生的故障及不正常工作情况，变压器一般应装设下列保护装置。
（1）瓦斯保护
用来防御变压器的内部故障及油面降低。容量在800kV?A及以上的油浸式变压器和400kV?A及以上的车间内变压器一般都应装设瓦斯保护。其中轻瓦斯动作于预告信号，重瓦斯动作于跳开各电源侧断路器。
（2）纵联差动保护或电流速断保护
用来反应变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障。容量在10000kV?A以上单台运行的变压器、发电厂用工作变压和工业企业中的重要变压器和容量在6300kV?A以下并列运行的变压器以及发电厂备用变压器，一般装设纵联差动保护（一种对容量较大的变压器的保护方式）。上述容量以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，一般应采用电流速断保护。但是对于容量在2000kV?A以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不满足要求时，应装设纵联差动保护。
（3）相间短路的后备保护
用来反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）的后备保护。
（4）过负荷保护
用来反应变压器因过负荷而引起的过电流。对于0.4MVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。
（5）零序保护
用来反应变压器高压绕组及引出线和相邻元件（母线和线路）的接地短路。
（6）变压器过励磁保护
反应变压器的过励磁，保护装置动作于信号或跳开断路器。
（7）其它非电量保护。
对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统的故障，应装设可作用于信号或跳闸的非电量保护。
结 论
通过以上的分析可以发现，变压器的保护与故障解决直接影响到地铁供电系统的稳定，而地铁供电系统是轨道交通的直接动力来源。因此，地铁供电系统中变压器的保护与故障解决非常重要，其不仅关系到供电系统的稳定，还关系轨道交通系统的可靠问题，关系到城市交通体系的问题。因此，地铁供电管理部门首先要意识到变压器保护工作的重要性和其背后的巨大意义；其次应该针对变压器的常见故障进行实施有效的预防措施和应急处理预案；最后要积极进行技术化改造，利用新技术提高工作效率和工作成效，保障地铁供电系统中变压器的正常工作。
参考文献
[1]崔道义.地铁供电系统直流设备绝缘安装方式讨论及工艺改进研究[J].中国设备工程，2019，14（06）：65-67.
[2]肖剑.地铁供电系统变电所电缆夹层支架布局施工技术[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31（S1）：44-47.
[3]丁杰，刘海涛，李华.地铁辅助变流器用变压器电磁振动计算与减振分析[J].振动与冲击，2019，38（03）：59-66+74.
[4]王永胜，臧晓斌，李振鹏.基于有限元法的地铁车辆变流器柜体振动响应分析[J].机车电传动，2018，10（03）：96-99+116.