地鐵交直流電源裝置常見故障分析及預(yù)防措施

金靜

摘 要：在地鐵供電系統(tǒng)中，交直流電源裝置是保證變電所設(shè)備正常運行的重要設(shè)備，對地鐵系統(tǒng)正常運行意義重大。在設(shè)備采購、安裝和日常維護(hù)中，采取有效措施可以避免引發(fā)事故。

關(guān)鍵詞：交直流電源；絕緣監(jiān)測裝置；智能監(jiān)控單元；防雷器

1 交直流電源裝置簡介

地鐵交直流電源裝置包含交流配電電源和直流操作電源，構(gòu)成地鐵變電所的所內(nèi)操作電源供電系統(tǒng)，交流電源裝置就是一個雙電源配電設(shè)備，兩路電源的轉(zhuǎn)換可采用PC級或者CB級電源轉(zhuǎn)換裝置。直流電源屏交流電源引自交流電源屏，采用高頻開關(guān)模塊將交流電源整流為變電所內(nèi)操作電源需要的直流電源，并采用蓄電池作為備用電源。

2 系統(tǒng)組成及運行方式

2.1 系統(tǒng)組成及接線方式

圖1 直流電源系統(tǒng)基本組成形式

A型、 B型、C型盤：分別用于主變電站、牽混所、降壓所，系統(tǒng)由智能充電單元、蓄電池、直流饋線斷路器、直流母線自動（手動）調(diào)壓裝置（調(diào)壓裝置按主備兩套配置）、微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置及智能監(jiān)控單元、防雷器、交流進(jìn)線自動（手動）切換裝置等組成。接線采用單母線分段方式。

充電單元選用高頻開關(guān)電源充電模塊，B型和C型裝置采用（N+1）熱冗余方式并聯(lián)組合供電。充電模塊的容量應(yīng)滿足系統(tǒng)最大經(jīng)常性負(fù)荷和蓄電池充電電流的要求。

2.2 運行方式

每套充電裝置的交流進(jìn)線由變電所內(nèi)交流盤引入兩路三相交流AC400V輸入電源，兩路進(jìn)線電源互為備用，設(shè)置進(jìn)線電源自動投切裝置，也可手動強(qiáng)制切換至任一路電源供電。兩接觸器之間設(shè)置機(jī)械聯(lián)鎖。正常供電時，充電裝置對蓄電池組進(jìn)行充電或浮充電，同時為全所的經(jīng)常性直流負(fù)荷提供電源，由蓄電池向沖擊負(fù)荷供電。交流失電后，由蓄電池向所內(nèi)全部負(fù)荷包括經(jīng)常性負(fù)荷和沖擊負(fù)荷供電；而當(dāng)交流恢復(fù)正常時，充電裝置能自動啟動進(jìn)入工作，若滿足自動均充條件時，充電裝置自動投入均充，均充結(jié)束時，能自動回到正常的浮充狀態(tài)。

3 常見故障現(xiàn)象及原因分析、應(yīng)對策略

3.1 交流盤接觸器控制回路時間繼電器故障

故障現(xiàn)象及原因分析：故障發(fā)生時交流盤一、二段失電，造成充電屏無輸出、整流變溫控器失電。經(jīng)過對設(shè)備檢查，交流盤進(jìn)線接觸器均處于分位，同時測量進(jìn)線接觸器的電源側(cè)有電，接觸器線圈無電源輸入，因此可判斷為接觸器控制回路故障造成的接觸器無法吸合。

經(jīng)過對控制回路各節(jié)點的測量，發(fā)現(xiàn)為KA1繼電器故障造成接觸器無法正常吸合，從而導(dǎo)致交流盤失電。隨后工作人員及時更換了損壞的時間繼電器，恢復(fù)了設(shè)備的正常運行。

應(yīng)對策略：時間繼電器由于長期處于動作狀態(tài)，隨著運行時間增長，繼電器內(nèi)部老化易發(fā)生故障，因此應(yīng)對全線各變電所的時間繼電器的動作可靠性進(jìn)行檢查，并及時對存在故障隱患的繼電器進(jìn)行更換。

3.2 電力監(jiān)控后臺誤報信號

故障現(xiàn)象及原因分析：交直流系統(tǒng)不斷誤發(fā)“交流過壓、欠壓、充電模塊告警、通訊中斷、母線接地告警”等故障信號，經(jīng)過分析，對于此類誤報信號主要有兩種情況：

3.2.1 該類的故障報文發(fā)生在地鐵正常的運營時間，電力監(jiān)控后臺報此類信號時，而交直流的集中監(jiān)控裝置無該信號且該信號在3秒左右恢復(fù)。經(jīng)分析，此種信號的誤報主要是由于信號干擾造成，遂對全線的交直流系統(tǒng)至電力監(jiān)控后臺的通訊電纜屏蔽層進(jìn)行接地，在完成屏蔽層接地后，設(shè)備信號誤報情況大大降低。

3.2.2 該類信號誤報伴隨著交直流系統(tǒng)中的“蓄電池浮充轉(zhuǎn)均充”過程出現(xiàn)，且該信號在3秒內(nèi)恢復(fù)。針對該故障，設(shè)備廠家在典型站進(jìn)行蓄電池充放電實驗、隨后將系統(tǒng)浮充轉(zhuǎn)均充，反復(fù)幾次并未發(fā)現(xiàn)有信號誤報情況發(fā)生，故此類信號誤報原因還要繼續(xù)跟蹤、分析。

應(yīng)對策略：設(shè)備的抗電磁干擾實驗非常重要，在設(shè)備出廠前做好設(shè)備尤其是通訊裝置的抗電磁干擾實驗。現(xiàn)場施工注意做好通訊電纜屏蔽層接地工作。

3.3 交流備用通道或自動切換裝置故障

交流電源采用雙回路供電，通常工作在主回路，在主回路停電或故障時有時不能切換到備用回路或備用回路通道故障，從而造成全面停電。

對策：日常維護(hù)中每月檢查備用電源并試驗切換操作。

3.4 交流電源防雷器

在設(shè)備日常運行過程中，交流電源防雷器損壞的概率較大，防雷損壞不會造成供電問題，但在雷擊時對后級設(shè)備的保護(hù)失效，造成雷擊事故擴(kuò)大，嚴(yán)重時將造成供電事故，因此應(yīng)保證防雷器時刻處于有效狀態(tài)。

對策：具有防雷監(jiān)控的報警后及時維修更換，無防雷監(jiān)控的日常巡視時應(yīng)檢查防雷器狀態(tài)指示是否正常，防雷空氣開關(guān)是否閉合。

3.5 交直流配電開關(guān)

配電開關(guān)容量應(yīng)綜合各種條件確定并注意上下級差配合，避免特殊狀態(tài)開關(guān)跳閘和越級跳閘事故擴(kuò)大。

對策：設(shè)備安裝投運時復(fù)核開關(guān)容量，檢查交直流電源的配電開關(guān)和受電設(shè)備開關(guān)級差配合，上下級應(yīng)有2級級差，下級采用熔斷器時，開關(guān)容量應(yīng)為熔斷器容量的2倍；當(dāng)受電設(shè)備更換時，要注意負(fù)荷配電開關(guān)容量是否合理。

3.6 開關(guān)及連接部位安全檢查

在開關(guān)觸頭、電纜連接處和大電流通過的連接部位容易出現(xiàn)氧化、松動的情況，一旦出現(xiàn)就可能會造成火災(zāi)、開路等嚴(yán)重的事故；應(yīng)該加強(qiáng)檢查以預(yù)防、杜絕此類事故的發(fā)生。

對策：日常維護(hù)中，每月用紅外熱成像儀對設(shè)備尤其是開關(guān)觸頭、電纜連接處和大電流通過的連接部位進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)超過周圍環(huán)境5℃，應(yīng)仔細(xì)檢查并及時處理；另外在設(shè)備安裝和投運時加強(qiáng)連接部位檢查，投運初期加強(qiáng)安全檢查。

3.7 操作電源蓄電池

操作電源要求交流停電時能不間斷供電并能保障停電后的工作時間，操作電源的蓄電池直接對負(fù)載供電，因此蓄電池安全極為重要。通常采用免維護(hù)閥控鉛酸電池，蓄電池的變化是一個漸進(jìn)和積累的過程，為保證蓄電池運行良好，進(jìn)行日常檢測和維護(hù)是非常重要的。目前交直流屏裝置對蓄電池的充電管理和落后電池篩選大部分都是自動完成的，只需要注意監(jiān)控器的報警記錄并及時處理即可，但不可以替代日常的蓄電池維護(hù)工作，蓄電池維護(hù)工作如下：

3.7.1 每月檢查項目

（1）測量蓄電池端電壓與設(shè)定充電電壓是否一致；不一致及時校正保證安全充電電壓。（2）檢查蓄電池殼、蓋有無鼓漲、漏酸及損傷；及時更換問題電池。（3）清潔蓄電池表面的灰塵和污漬。（4）檢查蓄電池端頭是否氧化生銹，如有進(jìn)行除銹、更換電纜，涂防銹劑等。（5）用紅外熱成像儀檢測蓄電池體、端頭、電纜溫度，發(fā)現(xiàn)超過周圍環(huán)境5℃，應(yīng)仔細(xì)檢查并及時處理。

3.7.2 每年檢查項目

進(jìn)行核對性放電或容量試驗，保證蓄電池容量滿足要求，剔除損壞蓄電池后整組電池容量低于標(biāo)稱容量的80%需要整組更換蓄電池。

4 結(jié)束語

以上所列種種交直流電源裝置所易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象及故障原因分析為筆者在工作中親身經(jīng)歷，可能只占交直流設(shè)備常見故障中的一部分，亦或仍有其他發(fā)生的故障未在其中之列，但通過文中的分析可相互借鑒經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，為以后的建設(shè)運營提供有益參考。希望通過日常維護(hù)工作可以有效地避免交直流電源重大事故的發(fā)生，做到事故隱患及時排查，防患于未然。