關于中壓開關柜在地鐵運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任公司運營分公司，陜西西安 710016）

地鐵供電設備運行初期故障發生率較高，如何通過有效的整治改進、維護保養降低故障發生率以提高設備的可靠性，是值得深入探討的問題。本文全面介紹新運營線路設備投運初期，中壓開關柜發生的常見故障及存在的安全隱患，總結了提高設備可靠性及降低故障率的方法，進一步提高地鐵運營管理質量，降低維護成本。

1 概述

目前國內大多數新建地鐵的供電系統主要采用集中式供電，由高壓系統、中壓系統、低壓系統（牽引系統）3 級系統組成。采用高壓 110 kV 系統引入電源，降壓至 35 kV 中壓系統并采用環網聯絡的方式進行電能在地鐵系統內的輸配，同時在 2 個主變電站之間設置有中壓的聯絡開關，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 中壓系統相當于供電系統的骨骼和動脈，在地鐵供電系統中起著電能輸送、動力照明及不同供電分區的相互聯絡支援作用，且 35 kV 中壓開關柜一旦發生跳閘故障，將直接影響整個供電系統的穩定性。

圖1 地鐵供電系統示意圖

2 中壓開關柜的基本介紹

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

3 運營初期常見故障統計

以地鐵某新投運線路為例，供電系統共 23 類設備，經統計，在運營初期一年時間內共發生故障現象312次，其中 35 kV 開關柜 73 次，占總故障數的 23.39%，故障率高于其他設備。

據統計，35 kV 中壓開關柜發生的故障主要包括開關柜保護裝置信號故障、GIS 氣室壓力傳感器誤報故障、保護裝置至電力監控的工況退出故障、開關饋線電纜側帶電指示裝置故障、開關機構內部分合閘閉鎖電磁鐵故障、柜間電壓小母線松動故障等，雖未直接造成開關跳閘或短路故障，但對運營穩定造成了一定的安全隱患。具體故障統計見表1。

表1 中壓開關柜故障統計表

4 故障原因分析及整改措施

針對發生的主要故障，結合故障數據的統計，維護人員經過 3 個月的精心準備，進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。經過半年的全面整改，有效消除了頻發故障，大幅提高了設備運行穩定性。設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：帶電顯示器內部板卡故障。

整改措施：對全線損壞的帶電顯示器進行更換。

4.2 開關氣室壓力故障

故障原因：開關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。

整改措施：將全部 35 kV 開關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：保護裝置內部硬件及軟件存在缺陷，造成保護裝置監控工況退出及光纖通道故障。

整改措施：對相應的保護裝置硬件板卡進行更換，再對軟件進行升級。

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 開關柜內頂部安裝橋架，將柜頂電壓小母線進行綁扎固定，保持接線張弛度，使端子與電纜牢固連接，消除因接線松動導致的保護模塊無法采集、電壓缺相故障（圖3）。

4.5 分合閘故障

故障原因：三工位開關位置信號由位置繼電器（行程開關）觸發，當分/合閘到位時，行程開關調節不到位，導致開關位置異常上傳，三工位開關位置信號顯示異常。

整改措施：對全部開關的位置繼電器行程位置進行調整，并對全線損壞的繼電器進行更換。

4.6 保護模塊顯示故障

故障原因：保護裝置顯示器自身故障，導致顯示器無法顯示或出現白屏的現象。

圖3 電壓小母線安裝支架

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

此外，除針對存在的頻發故障采取必要的整改措施外，還對中壓開關柜進行了深度的維護和檢查，如：斷路器及隔離開關機構維護、開關氣室壓力檢查、多余端子排的拆除、開關柜低壓室除塵及二次接線檢查等。

經過一系列的整改和維護，設備頻發故障率得到了有效的遏制，本文所述線路的中壓開關柜故障率由原有的月均 7 次降至 0～1 次，設備自身發生的故障明顯減少，大大提升了穩定性。

5 后續維護保養規劃

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

通過本文所述地鐵線路中壓開關柜運行初期的故障統計分析，維護人員總結出電壓小母線、保護裝置接線端子、三工位開關位置形成開關、斷路器傳動機構等易發隱患的關鍵點。據此，在原有計劃檢修的基礎上，對檢修的流程、內容進行了調整：

（1）將電壓小母線的所有端子緊固列入年度檢修計劃；

（2）在年度計劃檢修中對行程開關位置進行檢查；

（3）在年度檢修計劃中對斷路器操作機構進行檢查；

（4）在設備保護裝置動作精度可靠性較高、未發生過故障的情況下，延長繼電保護校驗的周期，由1年改為 2年，同時減少繼電保護的檢測項目。

圖4 浴盆曲線

6 結語

以地鐵運營初期中壓開關柜的運行維保為例，通過對運行初期設備故障的統計分析，研判設備薄弱環節，或引進“以可靠性為中心”的維修管理的部分思想，為運營初期線路設施設備維護管理提供經驗和思路。通過故障數據積累分析，制定相應的檢修大綱，同時結合現有的計劃檢修模式，調整、改進計劃檢修的維修內容和修程，側重對設備薄弱環節的檢查維護，提高設備的可靠性，同時減少可靠部件的維護工作及對資源的消耗。

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