南寧地鐵1號線直流開關柜的應用與研究

黃錦云

（南寧軌道交通集團有限責任公司運營分公司，助理工程師廣西 南寧 530029）

南寧地鐵1號線（以下簡稱地鐵1號線）以石埠站為起點，線路途經大學路、衡陽西路、朝陽路、民族大道、高坡嶺路，在火車東站設置終點站。供電系統采用集中供電方式，主變電站進線電源電壓為交流110 kV，系統環網電壓為交流35 kV，接觸網電壓為直流1 500 V，正線地下區段線路采用剛性架空接觸網，車輛段、停車場采用柔性架空接觸網，于2016年12 月28 日開通試運營。南寧地鐵1 號線開通試運營后直流牽引供電安全備受有關方面關注，直流開關柜一旦發生故障，引發直流開關跳閘和接觸網停電，將導致電客車停車，嚴重影響旅客的生命、財產安全及南寧地鐵1 號線的服務質量。因此，對南寧地鐵1 號線直流開關柜的應用情況進行研究，查找存在問題，提出應對措施和改進建議，對保障南寧地鐵1號線直流牽引供電安全具有非常重要的意義。

1 地鐵1號線直流開關柜應用情況

南寧地鐵1號線在牽引降壓混合變電所中使用的直流開關柜排列圖如圖1、圖2所示。

圖1 直流開關柜排列圖1

圖2 直流開關柜排列圖2

1.1 牽引供電設備配備及功能 南寧地鐵1 號線設有14座牽引降壓混合變電所，其中正線12座，車輛段、停車場各一座。在牽引降壓混合變電所內，整流機組將整流后的直流牽引電能接入直流開關柜，直流開關柜通過直流母線和直流開關對直流牽引電能進行分配，分別向上、下行的接觸網供電，以維持列車正常運行。

1.2 直流開關柜簡介 直流開關柜主要包含有進線柜（201、202）、饋線柜（211、212、213、214）和負極柜（N），各柜的主要組成電氣元件和功能作用如下：

1）進線柜主要由設備柜體、母排、避雷器、直流快速斷路器（HSCB）、輔助開關、電壓采集裝置以及相關的控制、測量、保護（PLC）和二次接線組成，其主要作用是將整流機組輸出的直流電源的正極接至直流開關柜的母排，再進行分配。

2）饋線柜主要由設備柜體、母排、直流快速斷路器（HSCB）、輔助開關、線路測試裝置以及相關的控制、測量、保護（sepcos）和二次接線組成，其主要作用是從直流母線取電，并通過上網隔離開關將電送至接觸網，給電客車供電。

3）負極柜主要由設備柜體、母排、避雷器、負極隔離刀閘、框架電壓繼電器、分流器、電壓采集裝置以及相關的測量和二次接線組成，其主要作用是將整流機組輸出的直流電源的負極通過負極隔離刀閘接至負極母排，并經連接電纜與回流軌連接，形成供電回路。

2 地鐵1號線直流開關柜的問題

南寧地鐵1 號線直流開關柜因受施工工藝、機構參數調整、裝置運行不穩定等因素影響，時常發生二次接線接觸不牢靠、輔助開關變形等故障，導致直流開關誤跳閘，嚴重影響直流供電安全和車輛正常運行。經過現場調查并從理論與實際結合的角度分析判斷故障主要表象及原因如下。

2.1 二次接線接觸不牢靠 南寧地鐵1 號線直流開關柜二次接線端子采用卡簧式端子，在施工時由于有的施工人員未嚴格按照工藝要求對二次線纜的線頭進行剝線和壓接處理，結果極易出現接線端子卡簧卡在二次線纜表皮上、接線端子未壓緊、接觸不牢靠等問題，從而造成數據、信號采集不準確，引發跳閘。

2.2 輔助開關故障 進線柜以及饋線柜都是基于EN 50123/IEC 61992 標準的抽出式手車系統開關柜，由固定部分和抽出式手車部分組成，手車部分有4個邏輯意義上的位置即工作位置、試驗位置、隔離位置、移開位置，其中“工作位置”、“試驗位置”的位置信號由安裝在柜體上的輔助開關采集，并經二次回路接入保護裝置，以實現對開關柜手車位置的監視。在實際運行過程中，由于輔助開關行程不夠、輔助開關變形、輔助開關觸點磨損、輔助開關調整不到位等原因，導致保護裝置采集不到手車的“工作位置”，引發跳閘。

2.3 直流快速斷路器（HSCB）機械參數超標 為使直流快速斷路器（HSCB）處于最佳工作狀態，廠商在直流開關柜出廠時，都對直流快速斷路器（HSCB）的機械參數進行了精調，但在運輸、現場安裝過程中，部分機械參數發生了變化，超出了標準值的范圍，現場施工人員未再次進行核對和精調，導致機械參數超標而引發跳閘。

2.4 保護裝置（sepcos）故障 為快速切除直流開關柜故障，在饋線柜中裝配有sepcos保護裝置，該裝置主要由電源模塊、處理器模塊、保護模塊、輸入/輸出模塊及軟件程序組成，集保護、控制、測量于一體，能夠對直流快速斷路器（HSCB）的工作狀態、工作位置及饋線電壓、電流情況進行監視，并能實現對直流快速斷路器（HSCB）的分合閘控制功能。裝置模塊因質量缺陷、電壓波動、受潮等因素影響，無法正常工作，軟件程序因補丁更新不及時、數據交換出錯等原因，重新復位和初始化，導致保護裝置誤動作。

2.5 框架保護電壓繼電器故障 當直流開關柜設備絕緣下降，設備對柜體外殼放電或短路時，為保障人身、設備安全，在負極柜中裝有兩套電流型框架保護和一套電壓型框架保護。電壓型框架保護采用電壓繼電器檢測設備外殼對負極母排的電壓，當電壓超過整定值時，發出報警或跳閘命令。電壓繼電器由于封裝時鉚件超差、零件布置不合理、配件質量不合格、現場安裝不規范等原因，繼電器參數不穩定，高低溫下參數變化大，運行過程中發生誤報警、誤跳閘。

3 對策措施

針對上述故障原因，筆者參與提出如下應對措施付諸實施后，取得明顯效果。

3.1 對二次接線進行整治 組織供電檢修人員對直流開關柜二次接線端子進行專項排查，調整、梳理二次接線，重新壓接線頭，檢測二次電纜的絕緣，更換存在問題的電纜和端子排，確保二次接線牢固、可靠。

3.2 提高輔助開關動作可靠性 利用停電檢修的時間，逐個對直流開關柜的輔助開關進行認真細致檢查，發現問題及時處理；按要求調整輔助開關的傳動桿，用細砂紙對輔助開關的觸頭接點進行打磨，及時清理輔助開關觸頭的灰塵，更換性能下降的輔助開關，確保動作可靠。

3.3 標準化直流快速斷路器（HSCB）機械參數 逐個將直流開關柜的直流快速斷路器（HSCB）拉至隔離位置，清除動、靜觸頭表面污垢，給斷路器（HSCB）機械傳動部件涂油，測量、調整斷路器（HSCB）機械參數，使之處于最佳工作狀態，記錄各部件的位置并用線號筆進行標識。定期檢查各部件的位置，及時按照標識進行調整，確保直流快速斷路器（HSCB）機械參數處在標準范圍內。

3.4 提高保護裝置（sepcos）運行穩定性 嚴格按照檢修試驗規程規定的周期和項目對保護裝置（sepcos）進行檢測，及時更換老化、誤差超標的板件，合理調整設備房溫度和濕度，穩定直流電源電壓，及時更新軟件程序補丁，定期備份保護數據和報文。

3.5 提高框架電壓繼電器運行穩定性 重新對框架電壓繼電器進行整定和校驗，檢查繼電器的針腳和底座是否接觸牢靠、繼電器封裝鉚件是否穩固，更換燒損的觸點，穩定繼電器工作電壓。

4 結束語

本文闡述了南寧地鐵1 號線直流開關柜的應用、存在的問題及解決問題的對策措施，對降低南寧地鐵1 號線直流開關柜故障，提高直流牽引供電安全有積極的保證作用。隨著全國各地城市軌道交通建設的快速發展，研究直流開關柜的應用對降低城市軌道交通直流牽引故障、確保直流牽引供電安全有著十分重要的意義。