摘要：地铁供电系统电气设备的检测工作需根据相关规程定期进行预防性试验，但随着地铁供电系统的快速增长，传统离线预防性试验检测方法存在很多不足。分析地铁线路常见故障，并提出地铁供电设备检测技术提升改造方案，该方案能够实现变压器的温度、环网电缆终端局部放电情况进行在线监测，并将检测情况上传至变电所在线监测综合监控系统内，通过软件分析可生产报告，综合分析设备运行状态。
关键词：地铁供电系统；检测技术；在线监测；变压器；环网电缆
目前，地铁供电系统电气设备的检测工作主要是按照相关规程要求定期进行预防性试验，根据试验结果判断设备的运行状态。长期以来,我国地铁电力系统采用离线预防性试验来检测电力设备的运行情况。但随着地铁供电系统的快速增长化、大容量化、高电压化和结构复杂化，对地铁供电系统的质量、安全、效率、可靠等指标的要求也越来越高。传统离线预防性试验检测方法显示出很多不足之处：
（1）试验周期是预先设定的，对于突发性的故障状态监测存在很大的漏洞和不足；
（2）试验间隔时间长，现预防性试验约每三年进行一次，且需要专业的技术人员操作，造成了时间和人力资源上的浪费；
（3）试验项目开展较集中，工作量大，难以对所有设备进行准确的检测和诊断，诊断结果虽客观但不全面；
（4）设备的试验条件难以完全表示实际运行状态，造成试验结果与实际数据有一定的差距，影响了对设备故障的准确诊断。
为了解决以上问题，本文提出引进电力设备在线监测技术，能够及时发现潜在的设备运行风险，提前解决设备缺陷，避免严重的设备故障发生。
1地铁线路故障
1.1环网电缆故障
环网电缆故障影响大，故障点测寻难，本文提出通过在线局部放电监测，实时监测电缆的局部放电情况，做到尽早发现问题及早解决。环网电缆故障频发的情况主要是因为电缆中间头及电缆终端头制作工艺问题，电缆在施工过程的缺陷随着电缆长时间的带电运营，在缺陷不断放电，最终破坏电缆绝缘，导致故障发生。
1.2变压器故障
现有温控仪温感探头设置在线圈和铁芯位置，变压器作为重要的电压转化装置，其本身发热大，尤其是电气连接部位。如果在运行中出现接线松动，连接部位表面氧化等情况，都会导致接触电阻过大，从而导致电气火灾的发生。变压器发生故障后，会造成降级运行，处理时间较长，影响较大。
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1.3低压电能能耗
现每月需对地铁线路电费构成进行分析，受制于现有数据，只能统计分析出牵引负荷和动力负荷各占多少，对受季节性影响较大，也使节能重点的动力负荷无法进行进一步的统计分析，无法确定负荷较大的设备种类，因而对节能降耗工作无法提供指导性意见。
2在线监测系统
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图1在线监测系统示意图
电力设备在线监测系统主要利用传感器技术，通过传感器对温度、湿度、流量、振动等进行检测。在线监测系统对采集信号波形、幅值等数据，通过有线或无线通信传输到控制台，根据相应的数据库或专家库等，对收集到的信息进行分析，从而获取所需电力设备数据实现例如故障诊断等功能。带电检测则对检测数据由专业技术人员进行统计分析，从而对设备的运行情况进行综合判断。无论在线监测还是带电检测都能对电气设备在运行状态下时监测，能提早预判设备缺陷，为针对性的状态检修提供基础，提高运营维护的效率。只是在线监测的数据是连续的，可对设备进行系统的分析，能够更好的反应设备运行的状态，而带电检测是利用便携式检测仪器进行部分时间区段的检测，收集该段时间内的数据，对照行业规范来判断设备运行状态。
结合以上地铁线路的故障及对市场在线监测系统的调研，本文提出在某地铁线路设置一套在线监测系统（见图1），包含环网电缆局部放电监测系统、变压器（整流变压器和动力变压器）温度在线监测、低压电能能耗在线监测系统。该系统涵盖全线所有牵引降压混合变电所、降压变电所以及跟随式变电所，并在该条线路车辆段增加1套监控系统，对所有在线监测系统数据进行统计及分析。同时对其他线路进行一次全面的带电检测工作，以检测设备的状态，避免设备缺陷扩大影响。
3地铁某线路在线监测系统
地铁某线路在线监测系统包括环网电缆局部放电监测系统、变压器（整流变压器和动力变压器）温度在线监测、低压电能能耗在线监测系统。某地铁2015年年底在某主变电站建设地铁供电系统在线监测系统，但由于其站点单一，无法形成纵向对比，提供检测数据不够充分，对后期专家库的建立产生较大的影响，故本方案建议多站点考虑，选择较短的线路做为试点线路，在最大限度节省资金的情况下将在线监测系统化。
3.1环网电缆局部放电监测系统
本方案计划在试点线路各变电所布置进线柜，出线柜，传感器，在试点线路环网柜电缆终端位置加装局部放电传感器，不间断的收集环网电缆局部放电数据，将数据传到在线监测后台，通过在线监控后台对数据进行分析判断，及时获取电缆的绝缘缺陷，提前进行预处理，降低对地铁运行的影响。
该系统要求数据采集单元应具备电缆监测量或周期性自动采集，并能根据需要定期将监测信息发送至监视主机。系统应具备数据分析功能，通过各种专业的数据分析工具，对局部放电信号等状态监测进行分析和预测。
3.2变压器温度在线监测系统
本方案计划在试点线路所有动力变压器和整流变压器较易产生故障的电缆终端连接部分、连接组别等部位加装温度传感器。每个站设置一台测温主机和4个光分路盒，安装在站级工作站中。
对变压器电气连接部位的温度实时采集，能及时反映变压器运行情况，通过后台软件分析，总结形成专家库，并可使变压器巡视人员及时对变压器接触发热、局部过热等情况进行预处理。
3.3低压电能能耗在线监测
现有抽屉电表只能显示电流值，无法监测下口负荷的能源消耗情况，也不具备与后台的通讯功能，将现有数显表更换为具备通讯功能的多功能电表，使其具备现有设备电流显示功能外，还可显示用电量，并向相关数据上传至监控后台。
低压电能能耗在线监测用于监测、分析地铁各种能源使用情况，实现节能管理。低压电能能耗管理系统由稳定可靠的网络构建，系统通过采集现场监测装置、多功能表的数据，通过线网局域网，实现对地铁能源实时监测、使用构成分析和计量管理等功能。
在试点线路每个400V抽屉旁边设置一面仪表柜，将所有电度表集中起来监测，并加装一个通信管理机，将数据上传至子站的服务器。
4结论
通过本方案对供电设备进行改造，能够实现对变压器的温度、环网电缆终端局部放电情况进行在线监测，可实时分析变压器温度变化情况，环网电缆终端局部放电情况及低压负荷变化情况，上传至变电所在线监测综合监控系统内，通过软件分析可生产报告，综合分析设备运行状态。
参考文献
[1]地铁设计规范，GB50157-2013
[2]GB/T7354-2003/IEC60270局部放电测量
[3]DL_T1430变电设备在线监测系统技术导则
论文作者:张山1,王金路2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
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