城市軌道交通安全門電源系統(tǒng)空載合閘失敗原理分析

摘 要：城市軌道交通的安全門系統(tǒng)的設(shè)置對于乘客的安全至關(guān)重要，安全門的故障處理問題困擾運營公司，本文從理論上分析安全門系統(tǒng)中的電源變壓器前端隔離開關(guān)在掉電重合閘失敗的原因，并依據(jù)原理提出一種串聯(lián)電阻的改進措施解決現(xiàn)場問題，應(yīng)用證明該方法簡單有效。

關(guān) 鍵 詞：軌道交通；變壓器；安全門；勵磁涌流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.111

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)的規(guī)模、城市人口及交通量隨之增大，快捷便利、安全準時、容量大的城市軌道交通成為主導(dǎo)城市綜合交通體系，在城市結(jié)構(gòu)變化中起到巨大的作用。同時城市規(guī)模的擴展，私家車的劇增、城市擁堵成為目前城市發(fā)展的最大障礙，因此，發(fā)展城市軌道交通是解決目前城市交通擁堵問題，提高城市公共交通出行服務(wù)質(zhì)量，滿足城市居民交通出行目的的有效方式之一。目前，2017年12月31日，中國內(nèi)地累計有34個城市建成投運城軌線路5021.7公里，位居世界前列。運營里程的增加，運能的提高，運營安全的保障尤其重要，安全門系統(tǒng)的引入解決站臺上乘客跌落隧道造成的事故、降低空調(diào)系統(tǒng)耗能、同時提高了行車安全性，安全門系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也是影響城市軌道交通運營質(zhì)量的主要因素之一，本文就安全門系統(tǒng)在供電電源掉電重合閘失敗現(xiàn)象進行分析其產(chǎn)生原因并提出一種解決方案。

1 城市軌道交通安全門系統(tǒng)

1.1 基本結(jié)構(gòu)

城市軌道交通安全門系通包括電氣和機械兩部，電氣部分由電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)組成，機械部分由門機驅(qū)動系統(tǒng)和門體組成。安全門系統(tǒng)一般有三種結(jié)構(gòu)形式。

（1）屏蔽門，安裝于地下軌道交通站臺上，把站臺與行車區(qū)隔離，屬于全封閉型，可以防止人或物體侵入軌道和隧道，保證運營安全，同時可以降低站臺空調(diào)系統(tǒng)耗能。

（2）全高安全門，安裝于地鐵、輕軌等交通車站，門體結(jié)構(gòu)超過人體高度，門體頂部距離站廳底部之間有一段不封閉空間，可以防止人或物體侵入行車區(qū)間，保證行車安全。

（3）半高安全門，主要安裝于地鐵、輕軌等軌道交通地面或高架

車站，門體高度不超過人體高度，并不封閉，可以防止人、物等跌落行車區(qū)間。安全門系統(tǒng)在正常情況下，能更好的管理乘客，改善候車環(huán)境等，災(zāi)害模式下，可配合其他設(shè)備進行聯(lián)動控制，防止災(zāi)害區(qū)域擴散。

2 掉電重合閘失敗分析

在運營過程發(fā)生由于城市軌道交通外部供電系統(tǒng)掉電后重新送電時安全門電源系統(tǒng)在重合閘時發(fā)生合閘失敗的事故，在事故分析時耗費大量人力物力，影響運營安全的進行，事故的表現(xiàn)為，供電側(cè)的斷路器過流跳閘，故障發(fā)生時系統(tǒng)終端的負載均在初始位置未動，所以排除由于系統(tǒng)機械部分運動產(chǎn)生的負載電流或是有機械運動產(chǎn)生的其他附加電流導(dǎo)致的過流跳閘，經(jīng)過詳細分析安全門電氣控制系統(tǒng)也排除了能引起上端斷路器過流跳閘的大電流產(chǎn)生的可能，安全門系統(tǒng)各部件安裝規(guī)范，需要絕緣部位絕緣符合要求，接地連接正常且接地電阻符合要求，經(jīng)過這樣分析排除安全門系統(tǒng)內(nèi)部的故障，接著分析安全門系統(tǒng)外在因素，確定為電源變壓器空載合閘勵磁涌流過大造成前端斷路器過流保護動作，下面從理論上分析變壓器空載合閘勵磁涌流產(chǎn)生的原因。

變壓器空載合閘勵磁涌流產(chǎn)生原因分析：勵磁涌流是由于變壓器鐵芯飽和造成的，變壓器鐵芯里磁化曲線近似為圖1所示，變壓器鐵芯中磁通與所加電壓的關(guān)系為，其中、、分別表示額定電壓、磁通及變壓器匝數(shù)。若設(shè)變壓器t=0時刻合閘，其端電壓為代入上式可以求出，前者為穩(wěn)態(tài)分量，后者為自由分量，由于變壓器中的磁通時不能突變可以求出，其中為變壓器鐵芯的剩磁，其方向和幅值與變壓器切除時刻電壓有關(guān)。

磁通的變壓器在正常運行電壓低于額定電壓的110%，而飽和磁通一般為，所以不會發(fā)生磁通飽和，但是在空載合閘的暫態(tài)過程中產(chǎn)生磁通超過該值，造成變壓器的嚴重飽和。若鐵芯的剩磁大于零，合閘半個周期后達到最大值，最壞的情況是電壓過零時刻合閘，達到最大值，遠遠大于，導(dǎo)致變壓器的嚴重飽和。

從圖1中可以得知，鐵芯飽和后，磁化曲線斜率很小，電流大大增加形成勵磁涌流。當在電壓過零時刻投入變壓器時，會產(chǎn)生最嚴重的磁飽和現(xiàn)象，因此勵磁涌流最大。當在電壓為峰值時刻投入變壓器時，不會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，因此不會出現(xiàn)勵磁涌流。

3 解決方法

通過對變壓器空載合閘產(chǎn)生勵磁涌流形成的機理進行分析可知，變壓器勵磁涌流的大小受變壓器合閘電壓初相角和剩磁影響，在現(xiàn)場項目改成中，通過在電網(wǎng)和變壓器的輸入端之間串聯(lián)適當?shù)碾娮柘拗茮_擊電流，待電流降低到符合規(guī)定后限流電阻切換，串聯(lián)電阻法能有效限制沖擊電流，有利于合閘過大電流的快速衰減，為了檢測串聯(lián)電阻抑制變壓器勵磁涌流的的效果，利用Matlab 建立變壓器勵磁涌流抑制仿真模型，從仿真分析得到的結(jié)論是選擇合適串聯(lián)電阻可以把勵磁涌流降低至額定電流附近，通過現(xiàn)場實驗后證明串聯(lián)電阻后變壓器空載合閘勵磁涌流被抑制在1.1倍額定電流以內(nèi)，遠低于供電系統(tǒng)過流保護動作電流閾值，這種串聯(lián)電阻的方法效果明顯，而且實現(xiàn)簡單，操作方便、投資少，便于項目改造。

4 結(jié) 論

本文通過對城市軌道交通安全門系統(tǒng)供電電源掉電重合閘失敗原因的分析，在項目改成中采用變壓器前端串聯(lián)電阻抑制變壓器空載合閘產(chǎn)生過大的勵磁涌流，應(yīng)用實踐證明該法一種簡單實用的解決方案。

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作者簡介：王青林（1975-），男，山西大同人，碩士，主要從事軌道交通機電技術(shù)方面的應(yīng)用。