地铁供配电系统设备状态在线监测的探讨谭彦龙

地铁供配电系统设备状态在线监测的探讨谭彦龙

谭彦龙

西安市地下铁道有限责任公司运营分公司陕西西安710016

摘要：供配电系统的稳定性和可靠性事关地铁线路的运行安全，而由于地铁客运线路和网络的不断延伸和扩展，供配电系统的维护和巡检工作量以及技术难度越来越大。而实现对系统设备运行状态的在线监测，是解决这一问题的可行途径。本文基于对地铁供配电系统的工作原理和主要设备特点的分析，介绍了系统中不同的设备、装置以及线路的常见故障，进而探讨了系统在线监测解决方案的监测参数选择，根据不同参数的性质确定数据采集所需的测控装置和技术，从而实现对地铁供配电系统设备状态参数的实时采集、分析和处理，提高地铁供配电系统的运维效率和质量。

关键词：在线监测；供配电系统设备；地铁；常见故障；监测参数

引言

电力系统的在线监测和智能化控制技术已经成熟，并且被应用于市政供配电系统中，使系统的运维方式发生了根本变化，由人工巡检和定期检测变为实时、全天候的状态监测、自动化控制，极大的节省了运维支出、简化了系统的管理，并且提高了电力系统的运行可靠性。因此，虽然地铁供配电系统的设备和运行原理有自身的特点，但实现对其状态的在线监测在技术上是可行的。

一、地铁供配电系统的结构和工作原理

地铁列车运行、车站和隧道照明以及信号系统等的能源都源自于供配电系统，因此地铁供配电系统是维持地铁线路正常运行的基础，系统中任何设备的工作状态出现问题都会造成严重影响。

（一）地铁供配电系统的结构

地铁供配电系统一般由110KV高压主变电站、为地铁列车运行提供电源的中压牵引变电所、提供地铁隧道以及站内照明用电的降压变电所以及中压电网等部分构成。其中主变电站高压侧与市政供电系统相连，低压侧则为降压变电所以及牵引变电所提供中压交流电。在有些地铁线路或线路的部分区间，可以不配置主变电站，直接由市政供电系统向牵引变电所和降压变电所供应所需的中压交流电。

（二）地铁供配电系统的工作原理和运维方法

目前普遍应用的地铁供配电方式有三种，具体的供电方式及其原理详见表1。由于地铁线路每一个站点都需要配置牵引变电所和降压变电所，并且根据既有市政供电设施分布状况和环境条件建设主变电站。所以，地铁线路供配电系统设备的运行维护工作量很大，需要配备大量的人力资源进行日常巡检和按照计划停电检修[1]。因而，在地铁运营网络规模迅速拓展的情况下，一方面由于不得不增加人力和而造成运营成本上涨，另一方面这种运维方式不仅效率低，而且对电力系统设备的运行状态无法实现实时和连续的监控，因此无法保障系统运行的可靠性和地铁线路的运营安全，一旦出现故障也不便于排查和锁定故障点。所以，运用电子技术、通信技术以及计算机技术实现地铁供配电系统设备的在线监测，实时和全天候的采集和分析设备运行状态相关的参数，从而基于监测系统对相关数据的分析实现故障的预警和诊断，才能满足地铁线路运营安全的需要。

表1地铁的供电方式及其原理

二、地铁供配电系统的主要设备及其常见故障分析

地铁供配电系统的关键设备包括主变电所与市政供电系统之间的GIS（全封闭六氟化硫组合电器）、整流器、中低压开关柜、直流开关设备以及变压器。首先，系统中常用的变压器为油浸式和环氧树脂壳体干式变压器，影响其运行可靠性的主要是绝缘性能，而故障类型包括因绝缘性能下降导致的局部放电，此外还有局部异常温升以及漏油等[2]。其次，中压开关柜则使用以真空断路器为核心的气体绝缘开关柜，其故障主要是断路器损坏和气体泄露，而低压开关柜的故障基本体现为设备的绝缘性能问题，直流开关设备则易发生断路器故障。最后GIS易发生气体泄露、内部放电和断路器故障。地铁供配电系统设备的常见故障类型详见表2所示。

表2地铁供配电系统主要设备及其常见故障

三、地铁供配电系统设备在线监测系统的设计构想

（一）基于设备的故障类型选择在线监测参数

根据表2所列的地铁供配电系统设备常见故障分析，当这些故障发生时，设备本身的一些参数会出现特殊变化。而通过实时采集这些参数就可以通过数据分析，评价设备的运行状态，并且预测设备是否会出现故障，从而通过控制系统自动执行保护动作或做出维修决策。例如，更换绝缘性能出现明显下降的避雷器或存在机械故障的断路器等。由表2可见供配电系统的故障类型可分为绝缘性能问题、液体或气体泄露、温度异常以及机械性故障[3]。而根据目前用于电力系统设备运行状态参数监测的技术分析，可以选择相应的电力参数测控装置、变压器专用的油色谱微水监测单元、温度和压力传感器以及录波装置，从而通过将上述装置布设在地铁供配电系统的相应监测点，就可以实现对监测参数的实时采集。

（二）地铁供配电系统设备在线监测系统测控装置的选择

在确定地铁供配电系统设备的在线监测参数，并且分析了目前市场上针对这几类参数的监测有哪些应用技术和产品后，可以统筹规划监测系统所需的测控装置。首先针对变压器、开关柜、断路器以及整流器的异常温升，在相应设备上安装智能温度传感器，通过其实时监测设备的温度变化和采集数据，并且根据对温度变化规律的分析判断设备的运行状态是否可靠[4]。其次，在GIS和变压器处安装专用的集成化在线监测单元，实现对这两个关键设备运行状态的全面监测。最后在变电所避雷器、断路器、开关柜和整流器处安装电量参数监测装置，实时测量和采集漏电流、设备运行的工作电流以及电压等电量参数，由监测系统的后台管理软件进行实时分析和处理，从而了解相关设备运行状态并在必要时锁定故障点。

四、结束语

地铁供配电系统设备及其工作原理与普通的供配电系统有所不同，因此对其设备运行状态实现在线监测。不能照搬市政供配电系统，而是需要针对地铁供配电系统自身的特点和故障类型，借鉴广泛应用的电力系统在线监测技术方案，选择适应地铁供配电系统运维需要的在线监测方式。

参考文献

[1]廖宏.地铁供电系统的供电方式及其选择[J].科技展望,2017,27(27).

[2]何江海,张目然,余龙,etal.地铁供配电系统设备状态在线监测的探讨[J].电气化铁道,2017,28(6):48-53.

[3]员松松.地铁供电系统中变压器保护及故障解决[J].技术与市场,2016,23(4):61-62.

[4]高劲,黄山山,余龙,等.光纤测温在地铁供电系统管理中的应用研究[J].电气化铁道,2017(5):19-21.

作者简介

（1988-），男，汉族，陕西省西安市，大学本科，助理工程师，从事变电设备检修维护等工作；