廣州地鐵一號線供電系統大修模式探析

馮永賢

摘 要：本文通過對設備運行狀態、設備磨損原因分析、物理壽命、技術壽命、經濟壽命等方面分析，結合廣州地鐵一號線AC400V低壓開關柜大修項目實施和經驗總結，為同類設備大修方案決策提供可行、經濟、科學的依據。

關鍵詞：原因分析；物理壽命；技術壽命；經濟壽命

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

供電系統是地鐵軌道交通的核心技術專業和主要設備之一，均屬于直接影響行車的設備，對其所采用的各種維修，都是為了保證設備狀態良好、不間斷地安全供電。廣州地鐵一號線從1996年開通運行至今已有19年左右，按照電力系統設備壽命和維護要求，供電系統設備已到大修年限，需要對設備進行深度維修維護，改善并提升其機械和電氣性能，以達到設備安全、持續可靠運行需要。

供電設備屬于在線運行設備，尤為重要是其大修需要在不能影響車站、列車的正常運營情況下開展，目前國內大鐵、高鐵大修，根據設備運行年限和設備狀態評估，采用自修加廠家指導方式開展大修，國外鐵路則根據設備狀態及運行數據來分析進行狀態修。廣州地鐵供電系統大修由于剛剛起步，目前供電系統大修采用“自修為主，委外為輔”的維修模式，結合設備運行狀態、設備磨損原因分析、設備壽命（物理壽命、技術壽命、經濟壽命）來分析，決定大修策略。

1.供電設備大修模式分析要素

1.1 電氣設備磨損分析

設備磨損一般分兩種形式—有形磨損和無形磨損。

有形磨損：是指機械電氣設備在使用過程（或閑置過程）中，發生實體的磨損，稱為有形磨損。例如：運行中的電氣設備在外力的作用下，零部件發生摩擦和疲勞等現象，致使機械電氣設備的實體產生磨損，或者設備在閑置時，由于自然力的作用及管理保養不善而導致原有精度、工作能力下降，如機械生銹、金屬腐蝕、橡膠或塑料老化等。

無形磨損：是由于非使用所引起的機械電氣設備價值上的一種損失，它不表現為設備實體的變化，而表現為設備原始價值的貶值。例如：由于不斷出現性能更完善，效率更高的設備而使原有設備顯得陳舊和落后，就產品停產而產生的經濟磨損，這種無形磨損不僅原設備的價值會相對貶值，而且如果繼續使用舊設備還會相應地降低生產的效率，也就是由于技術進步而帶來設備磨損。

1.2 設備的物理、技術壽命分析

（1）大修設備需要考慮設備的物理壽命

即指設備從全新狀態開始使用到不能再用而報廢的時間，一般電氣設備出廠有機械電氣壽命，這個就與其動作次數、運行環境密切相關，因此設備大修，特別是關系地鐵運營安全的信號、通信、消防、牽引等系統需要定期監測設備的動作次數和運行狀態。

（2）設備的技術壽命

從技術角度或設備狀態分析，其設備運行的最合理的期限，需要考慮設備開始使用到因技術落后或停產設備維修難度或費用。

1.3 設備的經濟壽命分析

設備的經濟壽命是指某種設備從開始使用之日起至經濟上無法繼續使用或因技術落后而被替代之時為止的時間過程。從經濟角度分析，設備最合理的使用期限，即設備最佳使用年限取決于平均年使用維護成本，它由設備原產值年度費用和年度維修維護費用組成。

年度維修費用主要包括年度運行費、年度維修費，一般來說，這部分費用隨著設備使用年限的延長而增加。

經濟壽命的一般采用靜態計算方法，設備的年度平均總成本由平均年度資產消耗和年使用費組成。前者隨使用年限的增長而逐漸變小，后者隨使用年限增大而變大，年度平均總成本最低所對應的年限就是經濟壽命，如圖1所示。

2.大修模式選擇策略

2.1 供電設備模式選擇原則

供電設備屬于在線運營設備，其大修需要考慮不能影響地鐵正常運營，同時需要考慮供電安全，因此供電設備大修模式采用有形磨損的局部補償局、無形磨損局部補償、完全補償方式取決于上述設備大修模式分析要素，根據設備運行狀態，選擇最優的大修模式，一般分為有形磨損的局部補償—即維修更換部分零部件，無形磨損的局部補償—即設備升級改造，以及完全補償—即整體更新，如圖2所示。

2.2 舉例說明

以廣州地鐵一號線AC400V低壓開關柜大修項目為例：

（1）設備磨損情況分析

統計顯示一號線2014年AC400V低壓開關柜共發生故障50次，其中低壓抽屜開關故障25次，主要為接觸器故障及開關操作機構故障（14次），目前一號線低壓抽屜開關接觸器老化情況嚴重，導致開關缺相和遠動無法操作的情況頻繁發生，給運營造成一定的壓力，其他還有連接電纜觸指連接件接觸電阻過大，導致開關斷相及電纜異常發熱。例如：原坑口P16-D開關，帶負荷運行B相溫度200℃，A、C相50℃～70℃），操作把手斷裂或底座開裂影響操作功能、表計、繼電器故障可以導致開關跳閘或失去自投自復功能等故障。

（2）設備的物理、技術壽命分析

一號線400V低壓開關柜共有5個品牌4個柜型（MNS、GGL-B、GCK-II、MLS），其中MNS、MLS型開關柜結構基本一致，其設計理念參考MNS2.0柜型，兩者只是在抽屜開關尺寸上有所差異，其零部件通用性較強，MNS、MLS型開關柜結構，從運行情況來看，設備主體結構狀態度良好，目前備件還可以采購。而GGL-B和GCK-II其兩種柜型結構差異較大，同時使用站點也相對較少，該型號設備廠家均已停產或無法采購其零配件，同時近年來故障次數及故障種類繁多且修復后反復出現同類故障、穩定性差等特點。因此參照2015年中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司對廣州地鐵一號線變電系統評估報告結論，則需要通過大修方式對一號線低壓400V開關柜通過深度的維修以提高系統穩定性。

（3）設備經濟壽命分析

綜合考慮其設備考慮設備運行狀態和后期維護成本，評估期技術壽命25～30年、MNS、MLS型開關柜，可以采用局部補償—即維修更換部分零部件方式大修，對于GGL-B和GCK-II開關柜，由于其備件以停產，且運營故障率較高，建議完全補償—即整體更新。

結語

本文結合廣州地鐵一號線AC400V大修工作開展，總結維修經驗，從設備磨損情況、設備的物理、技術壽命、經濟壽命等方面綜合分析，為大修實施方案決策提供可行、經濟、科學的依據，指導大修工作開展，提升供電設備運營質量。

同時對同類設備大修方案決策具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]宋奇吼，李學武.城市軌道交通供電（第3版）[M].北京：中國鐵道出版社，2012.