关于中压开关柜在地铁运营初期的缺陷整治和维保探讨

赵 垒，张启颜

（西安市地下铁道有限责任公司运营分公司，陕西西安 710016）

地铁供电设备运行初期故障发生率较高，如何通过有效的整治改进、维护保养降低故障发生率以提高设备的可靠性，是值得深入探讨的问题。本文全面介绍新运营线路设备投运初期，中压开关柜发生的常见故障及存在的安全隐患，总结了提高设备可靠性及降低故障率的方法，进一步提高地铁运营管理质量，降低维护成本。

1 概述

目前国内大多数新建地铁的供电系统主要采用集中式供电，由高压系统、中压系统、低压系统（牵引系统）3 级系统组成。采用高压 110 kV 系统引入电源，降压至 35 kV 中压系统并采用环网联络的方式进行电能在地铁系统内的输配，同时在 2 个主变电站之间设置有中压的联络开关，以方便不同主变电站之间电能的相互支援（图1）。由此可见，35 kV 中压系统相当于供电系统的骨骼和动脉，在地铁供电系统中起着电能输送、动力照明及不同供电分区的相互联络支援作用，且 35 kV 中压开关柜一旦发生跳闸故障，将直接影响整个供电系统的稳定性。

图1 地铁供电系统示意图

2 中压开关柜的基本介绍

地铁 35 kV 中压开关柜为气体绝缘金属密封组合开关柜（GIS），共分为母线室、断路器室、电缆室、二次接线室、断路器操作机构等模块单元，模块单元中设有主母线、断路器、三工位开关、电压（流）互感器、避雷器、微机保护测控单元、电缆插头等主要元器件。该设备采用 SF6 气体绝缘，较空气绝缘强度高，同时令开关柜更加紧凑，体积小，更适用于地铁变电所这种受环境限制较多的地方。

3 运营初期常见故障统计

以地铁某新投运线路为例，供电系统共 23 类设备，经统计，在运营初期一年时间内共发生故障现象312次，其中 35 kV 开关柜 73 次，占总故障数的 23.39%，故障率高于其他设备。

据统计，35 kV 中压开关柜发生的故障主要包括开关柜保护装置信号故障、GIS 气室压力传感器误报故障、保护装置至电力监控的工况退出故障、开关馈线电缆侧带电指示装置故障、开关机构内部分合闸闭锁电磁铁故障、柜间电压小母线松动故障等，虽未直接造成开关跳闸或短路故障，但对运营稳定造成了一定的安全隐患。具体故障统计见表1。

表1 中压开关柜故障统计表

4 故障原因分析及整改措施

针对发生的主要故障，结合故障数据的统计，维护人员经过 3 个月的精心准备，进行了一系列检测和深入的分析，判明了故障原因，并针对每一类故障制定了详尽的整改方案。经过半年的全面整改，有效消除了频发故障，大幅提高了设备运行稳定性。设备主要故障原因及整改措施分析如下。

4.1 信号故障

故障原因：带电显示器内部板卡故障。

整改措施：对全线损坏的带电显示器进行更换。

4.2 开关气室压力故障

故障原因：开关柜气室压力传感器插拔接头连接松动，接触不良造成气室压力故障信号误发。

整改措施：将全部 35 kV 开关柜气室压力传感器插头更换为端子排，保证可靠连接（图2）。

图2 连接端子更换前后对比

4.3 通信故障

故障原因：保护装置内部硬件及软件存在缺陷，造成保护装置监控工况退出及光纤通道故障。

整改措施：对相应的保护装置硬件板卡进行更换，再对软件进行升级。

4.4 电压缺相故障

故障原因：柜顶电压回路小母线受力，造成电压回路小母线松动。

整改措施： 35 kV 开关柜内顶部安装桥架，将柜顶电压小母线进行绑扎固定，保持接线张弛度，使端子与电缆牢固连接，消除因接线松动导致的保护模块无法采集、电压缺相故障（图3）。

4.5 分合闸故障

故障原因：三工位开关位置信号由位置继电器（行程开关）触发，当分/合闸到位时，行程开关调节不到位，导致开关位置异常上传，三工位开关位置信号显示异常。

整改措施：对全部开关的位置继电器行程位置进行调整，并对全线损坏的继电器进行更换。

4.6 保护模块显示故障

故障原因：保护装置显示器自身故障，导致显示器无法显示或出现白屏的现象。

图3 电压小母线安装支架

整改措施：更换故障的显示器，并由设备厂家提供一定数量的显示器备件，作为后期可能发生故障显示器的备件。

此外，除针对存在的频发故障采取必要的整改措施外，还对中压开关柜进行了深度的维护和检查，如：断路器及隔离开关机构维护、开关气室压力检查、多余端子排的拆除、开关柜低压室除尘及二次接线检查等。

经过一系列的整改和维护，设备频发故障率得到了有效的遏制，本文所述线路的中压开关柜故障率由原有的月均 7 次降至 0～1 次，设备自身发生的故障明显减少，大大提升了稳定性。

5 后续维护保养规划

根据“浴盆曲线”所示（图4），一般情况下在全设备周期内，设备运行初期为故障的高发期，随后逐渐趋于平稳。此期间发生的故障暴露出设备自身设计、安装、运行环境存在的缺陷隐患。在设备运行初期如能高度重视，判明故障原因，并通过专项整改消除隐患，对后期设备的运行尤其重要。如果对缺陷检查不彻底、处理不及时，可能会为后期的设备运行埋下隐患，导致设备还没到设计寿命就不得不进行中大修改造。从成本方面考虑，运行初期还处于质保期，缺陷处理不仅完全免费还有供应商的专业技术支持，但质保期结束后设备的一切故障处理责任全部在使用单位，因此所发生的一切费用，均由使用单位承担，这无形增加了企业的负担，也使运营成本大大提升。但只要维护人员选择合适的检修维护策略，便可有效提高设备可靠性，延长设备的运行寿命。

通过本文所述地铁线路中压开关柜运行初期的故障统计分析，维护人员总结出电压小母线、保护装置接线端子、三工位开关位置形成开关、断路器传动机构等易发隐患的关键点。据此，在原有计划检修的基础上，对检修的流程、内容进行了调整：

（1）将电压小母线的所有端子紧固列入年度检修计划；

（2）在年度计划检修中对行程开关位置进行检查；

（3）在年度检修计划中对断路器操作机构进行检查；

（4）在设备保护装置动作精度可靠性较高、未发生过故障的情况下，延长继电保护校验的周期，由1年改为 2年，同时减少继电保护的检测项目。

图4 浴盆曲线

6 结语

以地铁运营初期中压开关柜的运行维保为例，通过对运行初期设备故障的统计分析，研判设备薄弱环节，或引进“以可靠性为中心”的维修管理的部分思想，为运营初期线路设施设备维护管理提供经验和思路。通过故障数据积累分析，制定相应的检修大纲，同时结合现有的计划检修模式，调整、改进计划检修的维修内容和修程，侧重对设备薄弱环节的检查维护，提高设备的可靠性，同时减少可靠部件的维护工作及对资源的消耗。

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