城市軌道交通電力系統(tǒng)故障分析

地鐵具有運(yùn)量大、準(zhǔn)點(diǎn)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有效緩解城市地鐵交通擁堵的問題。近年來，全國各地超過30多個(gè)城市開始興建地鐵工程。電力系統(tǒng)是地鐵工程運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，它為地鐵列車運(yùn)行提供電力電源，如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，停止供電，那么列車將無法運(yùn)行。所以電力系統(tǒng)對(duì)地鐵正常有效運(yùn)行至關(guān)重要，地跌運(yùn)營單位一般非常重視城市軌道交通電力系統(tǒng)的安全性，及時(shí)預(yù)防電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障，并預(yù)先采取有效的措施，防止故障發(fā)生[1]。

1城市軌道交通電力系統(tǒng)故障原因

城市軌道交通電力系統(tǒng)故障問題比較多，根據(jù)故障發(fā)生的主要原因可以分成電壓觸電和電氣火災(zāi)。

1.1電壓觸電

電壓觸電是城市軌道交通電力系統(tǒng)故障的常見問題，電力系統(tǒng)作為城市軌道交通關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)的正常有序運(yùn)行，直接關(guān)系到城市軌道交通的正常、安全運(yùn)行。所以，城市軌道交通對(duì)電力系統(tǒng)的維護(hù)十分頻繁，這一定程度上增加了電力系統(tǒng)電壓觸電的概率。造成這種現(xiàn)象的主要原因有地鐵車站工作人員在維修的時(shí)候，沒有按照維修要求和操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，導(dǎo)致故障的發(fā)生。比如2017年12月7日深圳市地鐵11號(hào)線發(fā)生故障，導(dǎo)致列車停運(yùn)，一人死亡，造成此次故障的原因是施工單位違規(guī)作業(yè)，導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外，地鐵車站電力系統(tǒng)本身存在一定的缺陷，我國城市軌道交通發(fā)展的時(shí)間比較短，與西方發(fā)達(dá)國家相比，相關(guān)技術(shù)還不是很成熟，所以電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在一定的問題，電力系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，這些缺陷顯示出來，導(dǎo)致電壓觸電故障，從而影響到城市軌道交通的正常運(yùn)行。

1.2電氣火災(zāi)

電氣火災(zāi)主要是由于電力系統(tǒng)電路故障導(dǎo)致的火災(zāi)，電路發(fā)生火災(zāi)后果十分嚴(yán)重，可能引發(fā)嚴(yán)重的火災(zāi)安全事故。造成電氣火災(zāi)的原因主要有以下幾點(diǎn)：①變壓器故障，由于城市軌道交通工程一般在地下，地下環(huán)境比較復(fù)雜，變壓器在運(yùn)行過程中受到環(huán)境的影響，絕緣體出現(xiàn)破裂，絕緣油泄漏等問題，導(dǎo)致電路起火；②電力系統(tǒng)電力設(shè)備電線焊接質(zhì)量不合格，電阻阻值過高，導(dǎo)致電線溫度不斷升高，當(dāng)電線溫度超過了電線限值，那么就會(huì)發(fā)生電力火災(zāi)；③電力系統(tǒng)開關(guān)接觸不良造成的火災(zāi)。電力系統(tǒng)作為城市軌道交通的基礎(chǔ)設(shè)施，為了確保電力系統(tǒng)的有效運(yùn)行，地鐵車站工作人員定期對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行管理和檢修。在檢修過程中，頻繁操作開關(guān)設(shè)備，可能導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備松動(dòng)，從而引發(fā)電力火災(zāi)[2]。

2城市軌道交通電力系統(tǒng)故障類型分析

2.1直流電纜故障

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國大部分城市軌道交通電力系統(tǒng)的直流電纜故障大致可以分成以下幾類：①電力電纜線路受到電動(dòng)力的影響。在鋪設(shè)平行電纜的時(shí)候，如果電纜沒有固定好，那么一旦經(jīng)過電路的電流比較強(qiáng)，那么就會(huì)出現(xiàn)電流短路造成的線路跳閘現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候電力電纜受到電動(dòng)力的影響，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的晃動(dòng)并撞擊到電纜設(shè)備的連接點(diǎn)上，從而導(dǎo)致線路短路發(fā)生；②城市軌道交通電力電纜在施工過程中，由于操作不當(dāng)造成線路接口接觸不良或者電力電纜的絕緣體損傷。電力系統(tǒng)投入使用一段時(shí)間以后，受到外界環(huán)境的影響，線路可能受潮，從而導(dǎo)致間接性短路故障。

2.2交通設(shè)備故障

城市軌道交通在運(yùn)行過程中，如果通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致列車操作失控，造成列車脫離原先的軌道，出現(xiàn)車輛碰撞等危險(xiǎn)行為，從而引發(fā)了嚴(yán)重的交通安全事故。城市軌道交通在運(yùn)行過程中，設(shè)備出現(xiàn)任何問題，都可能引發(fā)故障。比如車輛的安全標(biāo)志不明顯，那么可能導(dǎo)致列車傷人事故。國城市軌道交通運(yùn)轉(zhuǎn)空間比較小，連接地面的安全通道長而且復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢迅速蔓延，有毒氣體快速擴(kuò)散，給乘客人身安全造成重要威脅。

2.3直流開關(guān)跳閘

城市軌道交通部分電力設(shè)備是直接暴露在室外，這些電力設(shè)備在運(yùn)行過程中，很容易受到雷擊引起直流開關(guān)跳閘。雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊。直接雷擊指雷電直接電擊電力電纜導(dǎo)線、電線、接觸線，使得城市軌道接觸網(wǎng)的過電壓超過設(shè)計(jì)值，對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備造成損害。感應(yīng)雷擊指雷電擊中露天接觸網(wǎng)以后，對(duì)接地系統(tǒng)釋放大力的電流，并在空氣中形成強(qiáng)大電磁場，電磁場在接觸網(wǎng)中產(chǎn)生數(shù)百伏到幾千伏的感應(yīng)過電壓，從而引起電力系統(tǒng)跳閘事故。

3城市軌道交通電力系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)策略

3.1做好開關(guān)跳閘保護(hù)工作

城市軌道交通電力系統(tǒng)管理部門要做好開關(guān)跳閘故障處理方案，一旦發(fā)現(xiàn)開關(guān)跳閘故障以后，要立即啟動(dòng)搶修方案，并組織技術(shù)過硬的施工人員攜帶維修工具和材料到現(xiàn)場進(jìn)行搶修，并在現(xiàn)場及時(shí)向交通設(shè)備使用人員和司機(jī)了解故障信息，做好線路排除工作。比如現(xiàn)場聽到異常的響動(dòng)或者閃光信息，要做好充分的準(zhǔn)備工作，為下一步檢修做好準(zhǔn)備[3]。

3.2保護(hù)直流電纜

城市軌道交通電力系統(tǒng)的直流供電系統(tǒng)通過直流高頻開關(guān)電源和蓄電池等方式，將交流配電屏引入電流，然后輸出直流電給列車各個(gè)系統(tǒng)。直流電纜如果出現(xiàn)故障，那么可能影響到整個(gè)地鐵列車的正常運(yùn)行。直流電纜保護(hù)措施有以下幾種：首先，通過在線監(jiān)測技術(shù)對(duì)直流電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在線監(jiān)測技術(shù)可以24小時(shí)對(duì)直流電纜進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦直流電纜出現(xiàn)任何異常，在線監(jiān)測技術(shù)會(huì)及時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)信息反饋到監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆O(shè)備維護(hù)管理部門，技術(shù)人員對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，了解電纜絕緣體變化參數(shù)，從而分析直流電纜的性能，如果直流電纜各項(xiàng)參數(shù)已經(jīng)無法電力系統(tǒng)運(yùn)行要求，技術(shù)人員要一時(shí)間進(jìn)行更換，以免造成電力電力故障；其次，做好直流電纜故障緊急預(yù)案。地鐵列車運(yùn)行一段時(shí)間以后，技術(shù)人員要根據(jù)地鐵電力系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行總結(jié)分析，找到電力系統(tǒng)故障的原因，并將其進(jìn)行分類，從而電力系統(tǒng)故障維修效率。比如將傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)的手動(dòng)隔離開關(guān)改成電動(dòng)開關(guān)，這樣通過控制系統(tǒng)就能操作隔離開關(guān)，避免手段頻繁操作隔離開關(guān)，造成隔離開關(guān)松動(dòng)；后，技術(shù)維修人員要做好直流電纜的日常檢修工作。技術(shù)人員要根據(jù)城市軌道交通運(yùn)行情況，制定相應(yīng)的檢修方案，對(duì)電力直流電纜進(jìn)行檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力電纜存在的問題[4]。

3.3加強(qiáng)城市軌道交通電力系統(tǒng)二次設(shè)備檢修

電力系統(tǒng)二次設(shè)備檢修是通過一定檢測設(shè)備對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，分析電力設(shè)備的性能是否滿足運(yùn)行要求，從而制定電氣設(shè)備檢修方案和檢修方式。電力設(shè)備二次檢修內(nèi)容包括交流測量系統(tǒng)、邏輯判斷系統(tǒng)、通信管理系統(tǒng)、直流控制和信號(hào)管理以及控制電纜屏蔽接地系統(tǒng)等。和一次設(shè)備檢修不同，二次設(shè)備檢修指針對(duì)某一個(gè)子系統(tǒng)，而不是整個(gè)設(shè)備的部件。通過二次設(shè)備檢修，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的電壓、電流互感器的二次回路電氣絕緣性能是否良好，設(shè)備是否正常運(yùn)行。城市軌道交通電力系統(tǒng)二次設(shè)備檢修過程中，為了能夠準(zhǔn)確掌握電力設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，能夠快速準(zhǔn)確地判斷故障發(fā)生的范圍和地點(diǎn)，從而快速進(jìn)行維修