广州地铁一号线供电系统大修模式探析

冯永贤

摘 要：本文通过对设备运行状态、设备磨损原因分析、物理寿命、技术寿命、经济寿命等方面分析，结合广州地铁一号线AC400V低压开关柜大修项目实施和经验总结，为同类设备大修方案决策提供可行、经济、科学的依据。

关键词：原因分析；物理寿命；技术寿命；经济寿命

中图分类号：U231 文献标识码：A

供电系统是地铁轨道交通的核心技术专业和主要设备之一，均属于直接影响行车的设备，对其所采用的各种维修，都是为了保证设备状态良好、不间断地安全供电。广州地铁一号线从1996年开通运行至今已有19年左右，按照电力系统设备寿命和维护要求，供电系统设备已到大修年限，需要对设备进行深度维修维护，改善并提升其机械和电气性能，以达到设备安全、持续可靠运行需要。

供电设备属于在线运行设备，尤为重要是其大修需要在不能影响车站、列车的正常运营情况下开展，目前国内大铁、高铁大修，根据设备运行年限和设备状态评估，采用自修加厂家指导方式开展大修，国外铁路则根据设备状态及运行数据来分析进行状态修。广州地铁供电系统大修由于刚刚起步，目前供电系统大修采用“自修为主，委外为辅”的维修模式，结合设备运行状态、设备磨损原因分析、设备寿命（物理寿命、技术寿命、经济寿命）来分析，决定大修策略。

1.供电设备大修模式分析要素

1.1 电气设备磨损分析

设备磨损一般分两种形式—有形磨损和无形磨损。

有形磨损：是指机械电气设备在使用过程（或闲置过程）中，发生实体的磨损，稱为有形磨损。例如：运行中的电气设备在外力的作用下，零部件发生摩擦和疲劳等现象，致使机械电气设备的实体产生磨损，或者设备在闲置时，由于自然力的作用及管理保养不善而导致原有精度、工作能力下降，如机械生锈、金属腐蚀、橡胶或塑料老化等。

无形磨损：是由于非使用所引起的机械电气设备价值上的一种损失，它不表现为设备实体的变化，而表现为设备原始价值的贬值。例如：由于不断出现性能更完善，效率更高的设备而使原有设备显得陈旧和落后，就产品停产而产生的经济磨损，这种无形磨损不仅原设备的价值会相对贬值，而且如果继续使用旧设备还会相应地降低生产的效率，也就是由于技术进步而带来设备磨损。

1.2 设备的物理、技术寿命分析

（1）大修设备需要考虑设备的物理寿命

即指设备从全新状态开始使用到不能再用而报废的时间，一般电气设备出厂有机械电气寿命，这个就与其动作次数、运行环境密切相关，因此设备大修，特别是关系地铁运营安全的信号、通信、消防、牵引等系统需要定期监测设备的动作次数和运行状态。

（2）设备的技术寿命

从技术角度或设备状态分析，其设备运行的最合理的期限，需要考虑设备开始使用到因技术落后或停产设备维修难度或费用。

1.3 设备的经济寿命分析

设备的经济寿命是指某种设备从开始使用之日起至经济上无法继续使用或因技术落后而被替代之时为止的时间过程。从经济角度分析，设备最合理的使用期限，即设备最佳使用年限取决于平均年使用维护成本，它由设备原产值年度费用和年度维修维护费用组成。

年度维修费用主要包括年度运行费、年度维修费，一般来说，这部分费用随着设备使用年限的延长而增加。

经济寿命的一般采用静态计算方法，设备的年度平均总成本由平均年度资产消耗和年使用费组成。前者随使用年限的增长而逐渐变小，后者随使用年限增大而变大，年度平均总成本最低所对应的年限就是经济寿命，如图1所示。

2.大修模式选择策略

2.1 供电设备模式选择原则

供电设备属于在线运营设备，其大修需要考虑不能影响地铁正常运营，同时需要考虑供电安全，因此供电设备大修模式采用有形磨损的局部补偿局、无形磨损局部补偿、完全补偿方式取决于上述设备大修模式分析要素，根据设备运行状态，选择最优的大修模式，一般分为有形磨损的局部补偿—即维修更换部分零部件，无形磨损的局部补偿—即设备升级改造，以及完全补偿—即整体更新，如图2所示。

2.2 举例说明

以广州地铁一号线AC400V低压开关柜大修项目为例：

（1）设备磨损情况分析

统计显示一号线2014年AC400V低压开关柜共发生故障50次，其中低压抽屉开关故障25次，主要为接触器故障及开关操作机构故障（14次），目前一号线低压抽屉开关接触器老化情况严重，导致开关缺相和远动无法操作的情况频繁发生，给运营造成一定的压力，其他还有连接电缆触指连接件接触电阻过大，导致开关断相及电缆异常发热。例如：原坑口P16-D开关，带负荷运行B相温度200℃，A、C相50℃～70℃），操作把手断裂或底座开裂影响操作功能、表计、继电器故障可以导致开关跳闸或失去自投自复功能等故障。

（2）设备的物理、技术寿命分析

一号线400V低压开关柜共有5个品牌4个柜型（MNS、GGL-B、GCK-II、MLS），其中MNS、MLS型开关柜结构基本一致，其设计理念参考MNS2.0柜型，两者只是在抽屉开关尺寸上有所差异，其零部件通用性较强，MNS、MLS型开关柜结构，从运行情况来看，设备主体结构状态度良好，目前备件还可以采购。而GGL-B和GCK-II其两种柜型结构差异较大，同时使用站点也相对较少，该型号设备厂家均已停产或无法采购其零配件，同时近年来故障次数及故障种类繁多且修复后反复出现同类故障、稳定性差等特点。因此参照2015年中铁电气化勘测设计研究院有限公司对广州地铁一号线变电系统评估报告结论，则需要通过大修方式对一号线低压400V开关柜通过深度的维修以提高系统稳定性。

（3）设备经济寿命分析

综合考虑其设备考虑设备运行状态和后期维护成本，评估期技术寿命25～30年、MNS、MLS型开关柜，可以采用局部补偿—即维修更换部分零部件方式大修，对于GGL-B和GCK-II开关柜，由于其备件以停产，且运营故障率较高，建议完全补偿—即整体更新。

结语

本文结合广州地铁一号线AC400V大修工作开展，总结维修经验，从设备磨损情况、设备的物理、技术寿命、经济寿命等方面综合分析，为大修实施方案决策提供可行、经济、科学的依据，指导大修工作开展，提升供电设备运营质量。

同时对同类设备大修方案决策具有一定的指导意义。

参考文献

[1]宋奇吼，李学武.城市轨道交通供电（第3版）[M].北京：中国铁道出版社，2012.