浅谈电压波动对地铁电气设备运行的影响及防治措施

孙锁凤 王蒲民

【摘 要】电力系统受到雷电的冲击或大量冲击性负荷、间歇性负荷的存在及各种电气设备短路故障的发生，常常导致系统电压短时快速变动，即电压波动。电压波动对地铁电气设备运行的影响，直接影响到地铁运营的质量；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】电压波动产生；地铁设备运行的影响；防治措施

西安地铁运营的一、二、三号线，每天运行着几千台电气设备，担负着西安地铁全部电能的转换和应用，每台电气设备的安全稳定运行，直接影响到地铁的正常平安运营秩序。引起电压波动的原因有：发电入网及输电损耗、电涌的产生、高压尖脉冲、供电系统各种短路故障电流引起的电压波动、暂态过电压、电压下陷、误操作等。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，但西安地铁每个月都在发生电压波动。

一、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允许值时，电气设备的性能、生产效率及产品质量等都将受到影响。

1.1、电压突然升高对地铁接触网线路的影响

1.1.1、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。在西安地铁的电客车最高电压是1800V，当电压超过1800V时，电客车的过压保护装置动作，让相应的电客车断路器跳闸，电客车失去电能，自然停止运行。

1.1.2、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。

1.1.3、白炽灯，电压高于额定值的10%时，电能损耗会增大21%，寿命要缩短70%。这样不但要多使用白炽灯，还会增加维护更换人员的工作量。

1.2、电压瞬时降低对西安地铁电气设备的影响

1.2.1、当电压低于1000V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。

1.2.2、西安地铁全部异步电动机，电压波动会使其转矩、转差率、负荷电流都受到影响，造成转速不稳或过负荷现象。当电压低于额定电压10%时，电动机电磁转矩约下降为额定转矩的81%，负荷电流将增加5%～10%以上，温升将增高10%～15%以上，而且启动时间延长，绝缘老化加快、绕组线圈发热、损耗增加、效率下降及功率因素下降，影响电动机的寿命。对于电气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这些保护装置动作，自动手扶电梯突然停止运转，直接威胁乘客的人身安全。

1.2.3、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。

1.2.4、荧光灯亮度随电压波动而变化，当电压在较大范围内持续波动时有闪烁感。电压低于额定值时，发光效率急剧下降。高压汞灯，当电压降低20%～30%，导致站厅内的照明设备持续0.5～1秒熄灭。

西安地铁已经发生电压波动多次，2017年三条线共发生电压波动31次，2018年1月至9月，三条线共发生电压波动57次。例如2018年7月26日14：27因外部110kV电源电压波动影响：一号线金花主变电站、三号线务庄主变电站电压波动，造成一号线玉祥门至纺织城部分车站电扶梯、风机停止运行，浐河一台冷机故障；三号线青龙寺至保税区部分车站大小系统、风机停止运行。行政中心

主站电压波动，行政中心主站3540备自投I母有压动作恢复；3541对侧有压恢复动作；3543对侧有压恢复动作；110KV备自投I母有压恢复动作；110KV备自投II母有压恢复动作；3540备自投II母有压动作恢复；北大街至車辆段部分车站106、107整流变温控器故障报警动作恢复；交直流屏充电模块告警动作恢复；北客站交直流屏充电机无输出告警动作恢复；交直流屏输入过欠压告警动作恢复。

二、电压波动的防治措施

2.1、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60分钟的照明时间，而车辆在行进中即使遇上停电，自身也有足够的惯性行驶至车站，保障乘客及时进行疏散。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有载调压变压器，随时调压应对较长时间的电压波动。

2.2、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。设置电容器进行人工补偿。电容器分为并联补偿和串联补偿。并联电容器补偿能改变网络中无功功率分配，抑制电压波动，提高功率因数，改善电压的质量。串联补偿则能改变线路参数，减少线路电压损失，提高线路末端电压并减少电能损耗。

2.3、线路出口加装限流电抗器，可以增加线路的短路阻抗，限制线路故障时的短路电流，减小电压波动幅值，提高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。

2.4、架空、电缆线路的电抗约为0.4与0.08Ω/km。在同样长度的架空线路和电缆线路上因负载波动引起电压波动是相当悬殊的。西安地铁采用电缆线路供电，并合理增大电缆截面积。

2.5、电力稳压器能在配电网络的供电电压波动或负载发生变化时，自动保持输出电压的稳定，确保电气设备的正常运行。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。

2.6、大型电动机启动采用软启动器、变频器等新技术，降低启动冲击电流和电压波动。采用调整设备无压释放时间参数、加装稳压及不间断电源装置、设置双回路自切供电、断电自复装置等手段，加强设备运行可靠性。

2.7、建立电压波动档案，熟知设备故障信息分析方法。严格执行操作规程，选用带五防功能的高压开关柜。加强技术培训和技术学习，防止发生灾难性的误操作。

三、结语

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。我们将在今后的工作中，进一步学习、探索、研究，不断总结工作经验，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，根据现场实际设备运行经验，不断完善西安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。