东莞地铁低压动力配电系统故障诊断与预防

东莞地铁低压动力配电系统故障诊断与预防

王毅燊

东莞市轨道交通有限公司 523000

摘要：  

东莞地铁低压动力配电系统是保障地铁安全运行的关键，但因复杂环境与高负荷，易发生短路、过载、设备老化等故障。本文分析了系统故障类型及原因，提出了热成像、振动分析、绝缘监测等诊断方法，并制定了定期维护、环境管理、负荷管理等预防措施。科学的故障诊断与预防措施可有效提高配电系统的可靠性，确保地铁的安全、高效运行。

关键词: 东莞地铁，低压配电，故障诊断，预防措施，系统可靠性

一、引言

随着城市化进程的不断加快，地铁已成为城市公共交通系统的核心组成部分，为城市居民提供了高效便捷的出行方式。东莞地铁作为东莞市的重要交通基础设施，承担着大量的客流运输任务，确保其安全、稳定、可靠地运行是地铁运营管理的首要目标。在地铁运行过程中，低压动力配电系统是供电系统的重要环节之一，它主要负责为地铁站内的各类动力设备提供稳定的电力，如照明、空调、扶梯、电梯、通风等。该系统的运行状态直接关系到地铁运营的安全和效率。

二、低压动力配电系统故障类型及原因分析

东莞地铁的低压动力配电系统由于运行环境复杂、设备长期高负荷工作，容易受到多种因素的影响，导致不同类型的故障发生。这些故障不仅会影响设备的正常运行，还可能对地铁整体的安全性和运营效率造成威胁。

1.短路故障：短路故障是指电气回路中的相线与相线或相线与地线之间发生意外连接，导致电流迅速增大，可能造成设备损坏甚至引发火灾。

（1）绝缘老化：配电线路和电气设备长期运行，绝缘材料易老化、破损，导致相间短路或相对地短路。

（2）环境潮湿：地铁站内部潮湿环境容易使绝缘材料受潮，降低绝缘性能，增加短路风险。

（3）外部损伤：外力撞击、机械损伤、动物侵害等因素可能导致电缆绝缘层破损，从而引发短路。

2.过载故障：过载故障是指配电系统的电流超过设备或电缆的额定容量，导致设备过热甚至损坏。

（1）负荷增长：随着地铁运营规模的扩大，站内照明、空调、扶梯等用电设备不断增加，负荷增大可能超过配电系统的设计容量。

（2）负荷分配不均：电力负荷未合理分配，导致某些回路或设备长期处于过载状态，最终引发过载故障。

（3）设备老化：低压动力配电设备长期运行后，其导电性能下降，增加了系统的负载，进而导致过载现象。

3.设备老化故障：设备老化故障是指由于配电设备使用年限较长，部件老化，性能下降，进而引发故障。

（1）长期运行：低压动力配电系统设备通常需要24小时连续运行，导致电气部件磨损、老化，加速设备性能的衰退。

（2）缺乏维护：设备维护不到位，无法及时发现并处理潜在的老化问题，导致设备故障的发生。

（3）环境影响：地铁内部的高湿度、高温度及粉尘等环境因素会加速设备的老化。

4.接地故障：接地故障是指配电系统的某一相线与地面意外接触，导致系统电流通过接地点流向大地。

（1）电缆绝缘破损：绝缘材料老化或受外力损伤时，电缆容易与地面接触，形成接地故障。

（2）潮湿环境：地铁站内部的湿度较高，容易造成设备和线路的绝缘性能下降，增加接地故障的风险。

（3）不规范施工：在安装或维修过程中，操作不规范可能导致电缆接地隐患。

5.过电压故障：过电压故障是指系统中出现异常高电压，可能导致设备损坏、绝缘击穿等问题。

（1）雷击：雷电会在电力系统中引发过电压现象，特别是通过接地装置或电缆进入配电系统，造成设备损坏。

（2）操作过电压：频繁的开关操作、设备切换等容易在配电系统中产生过电压。

（3）谐波影响：系统内部谐波电压叠加，可能引发局部的过电压现象。

深入分析这些故障的成因，对于系统故障诊断和制定预防措施具有重要意义。通过有效的故障诊断与预防，可以确保地铁低压动力配电系统的安全、稳定运行，保障东莞地铁的正常运营。

三、低压动力配电系统的故障诊断方法

低压动力配电系统的故障诊断是保障系统稳定运行、确保地铁安全运营的重要环节。通过及时、准确地诊断系统故障，可以迅速采取相应措施，避免故障的进一步扩大，并降低对地铁运营的影响。

1.热成像诊断

（1）原理：热成像诊断是利用红外热成像仪对配电系统进行检测，利用电气设备在运行过程中发热的特性，实时监测设备的温度分布，发现异常发热点。

（2）应用：通过热成像检测，可以直观地发现设备连接点、开关柜、母线、变压器等部位的异常发热现象，迅速定位故障位置，电缆或设备绝缘性能下降时，通常会产生异常高温，热成像诊断可以及时发现这些问题，防止进一步恶化。

（3）优点：无需断电即可进行检测，方便快捷，适用于地铁系统中无法频繁停电的设备。能够对设备的运行状态进行实时监测，及时发现潜在故障。

2.振动分析

（1）原理：振动分析是通过对低压配电设备（如变压器、开关柜等）进行振动信号的采集与分析，判断设备是否存在机械故障，如部件松动、磨损等。

（2）应用：振动异常通常意味着铁芯松动或绕组故障，通过振动分析可及时发现问题。断路器或接触器的机械部件松动、损坏时，会产生异常振动，振动分析能有效捕捉到这些故障信号。

（3）优点：对机械故障非常敏感，能够早期检测出设备内部的潜在故障。可用于定期检测，及时发现问题并进行维护，避免故障进一步恶化。

3.绝缘监测

（1）原理：绝缘监测是通过对配电系统电缆、开关柜等设备的绝缘电阻进行监测，判断设备的绝缘状况，及时发现绝缘性能下降的问题。

（2）应用：通过对电缆绝缘电阻的定期测试，及时发现绝缘老化或破损情况。检测开关柜内部的绝缘性能，防止绝缘性能下降引发的短路故障。

（3）优点：可以准确评估电缆和设备的绝缘性能，及时发现绝缘问题。有效避免因绝缘性能下降引发的短路事故，提高配电系统的安全性。

4.电能质量监测

（1）原理：电能质量监测是通过对配电系统的电压、电流、频率、谐波等参数进行实时监测，判断系统的电能质量是否符合标准，进而发现潜在故障。

（2）应用：通过监测电压波动情况，发现系统电压不稳、过电压等问题，及时调整，避免设备损坏。对系统谐波含量进行监测，识别可能引发设备损坏的谐波干扰，确保设备正常运行。

（3）优点：能够对整个配电系统的电能质量进行全面监测，及时发现并排除潜在问题。确保电能质量符合标准，保障低压动力配电系统的稳定性和可靠性。

5.智能化故障诊断技术

（1）原理：随着人工智能与物联网技术的发展，利用大数据、人工智能、专家系统等技术，实现对低压动力配电系统的智能化故障诊断。

（2）应用：通过对配电系统各类传感器的数据进行实时采集与分析，利用人工智能算法进行故障判断，提供准确的诊断结果。利用历史数据和实时监测数据，构建预测模型，对可能发生的故障进行预警，便于提前采取预防措施。

（3）优点：无需人工干预，能够实现对故障的自动诊断与预测，大幅提高故障诊断的效率与准确性。基于大数据的分析，能够对故障进行全面、准确的判断，及时发现潜在问题。

这些方法各有优缺点，可以根据系统的实际情况选择适用的诊断方法，或将多种方法相结合，提高故障诊断的准确性和效率。通过有效运用这些诊断方法，能够及时发现配电系统的潜在故障隐患，保障东莞地铁的安全、稳定运行。

四、低压动力配电系统的故障预防措施

预防措施的制定与实施是保障东莞地铁低压动力配电系统安全、稳定运行的关键。针对配电系统的常见故障类型和原因，采取科学有效的预防措施可以最大程度降低故障发生的概率，延长设备的使用寿命，确保地铁系统的正常运行。

1.定期维护与检修

（1）定期检修与维护计划 ：制定详细的定期检修计划，对低压开关柜、变压器、电缆、母线等关键设备进行定期检查、测试和维护，及时发现并排除潜在故障隐患。检修内容包括检查连接点的紧固性、清理设备内部灰尘、测试绝缘性能等。

（2）检修记录与分析 ：建立完善的设备检修记录档案，详细记录每次检修的内容、发现的问题以及处理措施，定期对检修数据进行分析，发现设备的故障规律，制定针对性的维护策略。

2.加强环境管理与监测

（1）保持良好的设备运行环境 ：低压动力配电系统对环境温度、湿度、粉尘等因素十分敏感，应确保地铁站内配电设备运行环境的清洁、干燥、通风良好。可以在配电室安装通风设备、除湿机、空气净化器等，确保环境参数在设备允许范围内。

（2）实时环境监测 ：在配电室安装温湿度传感器、烟雾传感器等监测装置，实时监测环境参数，并与控制中心联动。当环境参数超出正常范围时，及时发出警报，提醒运维人员采取相应措施。

3.提升设备质量与选型

（1）选择高质量设备 ：在采购配电设备时，应选择质量过硬、性能稳定的产品，确保设备符合国家相关标准和规范。要严格把关供应商资质，避免因设备质量问题导致系统故障。

（2）提高设备耐久性 ：针对东莞地铁运行环境，选用具有高耐腐蚀、高绝缘性能的配电设备，提高设备在高湿度、高粉尘环境中的耐久性，延长设备的使用寿命。

4.负荷管理与优化

（1）合理分配负荷 ：对低压动力配电系统的各回路负荷进行合理分配，避免长时间超负荷运行，减少过载故障的发生。可根据实际负荷情况，定期调整负荷分配，确保系统负荷均衡。

（2）高峰期负荷管理 ：在地铁运营高峰期，适当调整大功率设备（如空调、照明）的运行策略，避免开启造成系统负荷过高。可以引入智能化负荷管理系统，实现对负荷的实时监控与调节，确保配电系统始终运行在安全范围内。

5.绝缘性能维护

（1）定期绝缘测试 ：对低压动力配电系统中的电缆、开关柜、变压器等设备进行定期的绝缘性能测试，及时发现绝缘性能下降的问题，并采取相应措施，如更换电缆、加强绝缘保护等，防止因绝缘问题引发的故障。

（2）提高绝缘材料质量 ：在新建或改造配电系统时，选用高品质的绝缘材料，确保其具备良好的耐热、耐湿、耐腐蚀性能，减少因绝缘老化或损坏导致的故障。

6.建立智能化监控系统

（1）引入智能监控与管理系统 ：利用物联网、大数据、人工智能等技术，建立智能化配电系统监控平台，实现对设备运行状态、负荷情况、环境参数的实时监测与分析。当设备出现异常时，系统能够及时预警，协助运维人员迅速定位并处理故障。

（2）实施故障预测与诊断 ：通过对历史运行数据的分析，建立故障预测模型，实现对设备故障的预测与预警。利用专家系统、人工智能等技术，提升故障诊断的准确性与效率，提前采取预防措施，降低故障发生概率。

通过这些预防措施的落实，能够最大程度地延长设备寿命，提升配电系统的可靠性，为东莞地铁的安全、高效运营提供坚实保障。

五、结束语

科学有效的故障诊断与预防措施是保障东莞地铁低压动力配电系统稳定运行的关键，也是确保地铁系统整体安全与可靠运行的必要条件。通过不断优化与完善配电系统的管理与维护，可以更好地应对未来地铁运营过程中可能出现的挑战，保障东莞地铁为广大市民提供更加安全、可靠、舒适的出行服务。

参考文献

[1] 张黎璋. 东莞地铁设备智能运维系统分析[J]. 城市轨道交通研究,2019,22(9):160-163,167. DOI:10.16037/j.1007-869x.2019.09.038.

[2] 贺同堂. 东莞地铁2号线短路试验分析研究[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2015,5(13):1279-1280.

[3] 叶锦兴. 浅谈东莞地铁施工安全监督管理[J]. 低碳世界,2016(11):183-184.

[4] 贺仁发. OTN在东莞地铁的应用浅析[J]. 通讯世界,2015(6):23-24. DOI:10.3969/j.issn.1006-4222.2015.06.017.

[5] 廖斌,禹倩倩. 压力波缓解措施在东莞地铁二号线的应用[J]. 轨道交通装备与技术,2017(5):24-27. DOI:10.13711/j.cnki.cn32-1836/u.2017.05.009.