關(guān)于中壓開關(guān)柜在地鐵運(yùn)營初期的缺陷整治和維保探討

趙 壘，張啟顏

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，陜西西安 710016）

地鐵供電設(shè)備運(yùn)行初期故障發(fā)生率較高，如何通過有效的整治改進(jìn)、維護(hù)保養(yǎng)降低故障發(fā)生率以提高設(shè)備的可靠性，是值得深入探討的問題。本文全面介紹新運(yùn)營線路設(shè)備投運(yùn)初期，中壓開關(guān)柜發(fā)生的常見故障及存在的安全隱患，總結(jié)了提高設(shè)備可靠性及降低故障率的方法，進(jìn)一步提高地鐵運(yùn)營管理質(zhì)量，降低維護(hù)成本。

1 概述

目前國內(nèi)大多數(shù)新建地鐵的供電系統(tǒng)主要采用集中式供電，由高壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)（牽引系統(tǒng)）3 級系統(tǒng)組成。采用高壓 110 kV 系統(tǒng)引入電源，降壓至 35 kV 中壓系統(tǒng)并采用環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的方式進(jìn)行電能在地鐵系統(tǒng)內(nèi)的輸配，同時(shí)在 2 個(gè)主變電站之間設(shè)置有中壓的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以方便不同主變電站之間電能的相互支援（圖1）。由此可見，35 kV 中壓系統(tǒng)相當(dāng)于供電系統(tǒng)的骨骼和動脈，在地鐵供電系統(tǒng)中起著電能輸送、動力照明及不同供電分區(qū)的相互聯(lián)絡(luò)支援作用，且 35 kV 中壓開關(guān)柜一旦發(fā)生跳閘故障，將直接影響整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖1 地鐵供電系統(tǒng)示意圖

2 中壓開關(guān)柜的基本介紹

地鐵 35 kV 中壓開關(guān)柜為氣體絕緣金屬密封組合開關(guān)柜（GIS），共分為母線室、斷路器室、電纜室、二次接線室、斷路器操作機(jī)構(gòu)等模塊單元，模塊單元中設(shè)有主母線、斷路器、三工位開關(guān)、電壓（流）互感器、避雷器、微機(jī)保護(hù)測控單元、電纜插頭等主要元器件。該設(shè)備采用 SF6 氣體絕緣，較空氣絕緣強(qiáng)度高，同時(shí)令開關(guān)柜更加緊湊，體積小，更適用于地鐵變電所這種受環(huán)境限制較多的地方。

3 運(yùn)營初期常見故障統(tǒng)計(jì)

以地鐵某新投運(yùn)線路為例，供電系統(tǒng)共 23 類設(shè)備，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)營初期一年時(shí)間內(nèi)共發(fā)生故障現(xiàn)象312次，其中 35 kV 開關(guān)柜 73 次，占總故障數(shù)的 23.39%，故障率高于其他設(shè)備。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，35 kV 中壓開關(guān)柜發(fā)生的故障主要包括開關(guān)柜保護(hù)裝置信號故障、GIS 氣室壓力傳感器誤報(bào)故障、保護(hù)裝置至電力監(jiān)控的工況退出故障、開關(guān)饋線電纜側(cè)帶電指示裝置故障、開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)部分合閘閉鎖電磁鐵故障、柜間電壓小母線松動故障等，雖未直接造成開關(guān)跳閘或短路故障，但對運(yùn)營穩(wěn)定造成了一定的安全隱患。具體故障統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 中壓開關(guān)柜故障統(tǒng)計(jì)表

4 故障原因分析及整改措施

針對發(fā)生的主要故障，結(jié)合故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，維護(hù)人員經(jīng)過 3 個(gè)月的精心準(zhǔn)備，進(jìn)行了一系列檢測和深入的分析，判明了故障原因，并針對每一類故障制定了詳盡的整改方案。經(jīng)過半年的全面整改，有效消除了頻發(fā)故障，大幅提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。設(shè)備主要故障原因及整改措施分析如下。

4.1 信號故障

故障原因：帶電顯示器內(nèi)部板卡故障。

整改措施：對全線損壞的帶電顯示器進(jìn)行更換。

4.2 開關(guān)氣室壓力故障

故障原因：開關(guān)柜氣室壓力傳感器插拔接頭連接松動，接觸不良造成氣室壓力故障信號誤發(fā)。

整改措施：將全部 35 kV 開關(guān)柜氣室壓力傳感器插頭更換為端子排，保證可靠連接（圖2）。

圖2 連接端子更換前后對比

4.3 通信故障

故障原因：保護(hù)裝置內(nèi)部硬件及軟件存在缺陷，造成保護(hù)裝置監(jiān)控工況退出及光纖通道故障。

整改措施：對相應(yīng)的保護(hù)裝置硬件板卡進(jìn)行更換，再對軟件進(jìn)行升級。

4.4 電壓缺相故障

故障原因：柜頂電壓回路小母線受力，造成電壓回路小母線松動。

整改措施： 35 kV 開關(guān)柜內(nèi)頂部安裝橋架，將柜頂電壓小母線進(jìn)行綁扎固定，保持接線張弛度，使端子與電纜牢固連接，消除因接線松動導(dǎo)致的保護(hù)模塊無法采集、電壓缺相故障（圖3）。

4.5 分合閘故障

故障原因：三工位開關(guān)位置信號由位置繼電器（行程開關(guān)）觸發(fā)，當(dāng)分/合閘到位時(shí)，行程開關(guān)調(diào)節(jié)不到位，導(dǎo)致開關(guān)位置異常上傳，三工位開關(guān)位置信號顯示異常。

整改措施：對全部開關(guān)的位置繼電器行程位置進(jìn)行調(diào)整，并對全線損壞的繼電器進(jìn)行更換。

4.6 保護(hù)模塊顯示故障

故障原因：保護(hù)裝置顯示器自身故障，導(dǎo)致顯示器無法顯示或出現(xiàn)白屏的現(xiàn)象。

圖3 電壓小母線安裝支架

整改措施：更換故障的顯示器，并由設(shè)備廠家提供一定數(shù)量的顯示器備件，作為后期可能發(fā)生故障顯示器的備件。

此外，除針對存在的頻發(fā)故障采取必要的整改措施外，還對中壓開關(guān)柜進(jìn)行了深度的維護(hù)和檢查，如：斷路器及隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)維護(hù)、開關(guān)氣室壓力檢查、多余端子排的拆除、開關(guān)柜低壓室除塵及二次接線檢查等。

經(jīng)過一系列的整改和維護(hù)，設(shè)備頻發(fā)故障率得到了有效的遏制，本文所述線路的中壓開關(guān)柜故障率由原有的月均 7 次降至 0～1 次，設(shè)備自身發(fā)生的故障明顯減少，大大提升了穩(wěn)定性。

5 后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)規(guī)劃

根據(jù)“浴盆曲線”所示（圖4），一般情況下在全設(shè)備周期內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行初期為故障的高發(fā)期，隨后逐漸趨于平穩(wěn)。此期間發(fā)生的故障暴露出設(shè)備自身設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行環(huán)境存在的缺陷隱患。在設(shè)備運(yùn)行初期如能高度重視，判明故障原因，并通過專項(xiàng)整改消除隱患，對后期設(shè)備的運(yùn)行尤其重要。如果對缺陷檢查不徹底、處理不及時(shí)，可能會為后期的設(shè)備運(yùn)行埋下隱患，導(dǎo)致設(shè)備還沒到設(shè)計(jì)壽命就不得不進(jìn)行中大修改造。從成本方面考慮，運(yùn)行初期還處于質(zhì)保期，缺陷處理不僅完全免費(fèi)還有供應(yīng)商的專業(yè)技術(shù)支持，但質(zhì)保期結(jié)束后設(shè)備的一切故障處理責(zé)任全部在使用單位，因此所發(fā)生的一切費(fèi)用，均由使用單位承擔(dān)，這無形增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)，也使運(yùn)營成本大大提升。但只要維護(hù)人員選擇合適的檢修維護(hù)策略，便可有效提高設(shè)備可靠性，延長設(shè)備的運(yùn)行壽命。

通過本文所述地鐵線路中壓開關(guān)柜運(yùn)行初期的故障統(tǒng)計(jì)分析，維護(hù)人員總結(jié)出電壓小母線、保護(hù)裝置接線端子、三工位開關(guān)位置形成開關(guān)、斷路器傳動機(jī)構(gòu)等易發(fā)隱患的關(guān)鍵點(diǎn)。據(jù)此，在原有計(jì)劃檢修的基礎(chǔ)上，對檢修的流程、內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整：

（1）將電壓小母線的所有端子緊固列入年度檢修計(jì)劃；

（2）在年度計(jì)劃檢修中對行程開關(guān)位置進(jìn)行檢查；

（3）在年度檢修計(jì)劃中對斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查；

（4）在設(shè)備保護(hù)裝置動作精度可靠性較高、未發(fā)生過故障的情況下，延長繼電保護(hù)校驗(yàn)的周期，由1年改為 2年，同時(shí)減少繼電保護(hù)的檢測項(xiàng)目。

圖4 浴盆曲線

6 結(jié)語

以地鐵運(yùn)營初期中壓開關(guān)柜的運(yùn)行維保為例，通過對運(yùn)行初期設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)分析，研判設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)，或引進(jìn)“以可靠性為中心”的維修管理的部分思想，為運(yùn)營初期線路設(shè)施設(shè)備維護(hù)管理提供經(jīng)驗(yàn)和思路。通過故障數(shù)據(jù)積累分析，制定相應(yīng)的檢修大綱，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的計(jì)劃檢修模式，調(diào)整、改進(jìn)計(jì)劃檢修的維修內(nèi)容和修程，側(cè)重對設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)的檢查維護(hù)，提高設(shè)備的可靠性，同時(shí)減少可靠部件的維護(hù)工作及對資源的消耗。

[1]上海市電力公司. 變電運(yùn)行操作技能必讀[M]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2001.

[2]于松偉，楊興山，韓連祥，等. 城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[M]. 四川成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

[3]萬千云，梁惠盈，齊立新，等. 電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)用技術(shù)問答[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

[4]姚志華. 中壓開關(guān)柜安裝調(diào)試中的質(zhì)量控制[J]. 電氣時(shí)代， 2014（2）：54-55.

[5]張 ，肖莉萍. 標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量管理淺析[J]. 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2009（5）：44-45.

[6]熊泰昌. 中壓開關(guān)設(shè)備實(shí)用手冊[M]. 北京：中國電力出版社，2010.