廣州地鐵一號(hào)線供電系統(tǒng)大修模式探析

馮永賢

摘 要：本文通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備磨損原因分析、物理壽命、技術(shù)壽命、經(jīng)濟(jì)壽命等方面分析，結(jié)合廣州地鐵一號(hào)線AC400V低壓開關(guān)柜大修項(xiàng)目實(shí)施和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為同類設(shè)備大修方案決策提供可行、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：原因分析；物理壽命；技術(shù)壽命；經(jīng)濟(jì)壽命

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

供電系統(tǒng)是地鐵軌道交通的核心技術(shù)專業(yè)和主要設(shè)備之一，均屬于直接影響行車的設(shè)備，對(duì)其所采用的各種維修，都是為了保證設(shè)備狀態(tài)良好、不間斷地安全供電。廣州地鐵一號(hào)線從1996年開通運(yùn)行至今已有19年左右，按照電力系統(tǒng)設(shè)備壽命和維護(hù)要求，供電系統(tǒng)設(shè)備已到大修年限，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行深度維修維護(hù)，改善并提升其機(jī)械和電氣性能，以達(dá)到設(shè)備安全、持續(xù)可靠運(yùn)行需要。

供電設(shè)備屬于在線運(yùn)行設(shè)備，尤為重要是其大修需要在不能影響車站、列車的正常運(yùn)營(yíng)情況下開展，目前國(guó)內(nèi)大鐵、高鐵大修，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行年限和設(shè)備狀態(tài)評(píng)估，采用自修加廠家指導(dǎo)方式開展大修，國(guó)外鐵路則根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行數(shù)據(jù)來分析進(jìn)行狀態(tài)修。廣州地鐵供電系統(tǒng)大修由于剛剛起步，目前供電系統(tǒng)大修采用“自修為主，委外為輔”的維修模式，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備磨損原因分析、設(shè)備壽命（物理壽命、技術(shù)壽命、經(jīng)濟(jì)壽命）來分析，決定大修策略。

1.供電設(shè)備大修模式分析要素

1.1 電氣設(shè)備磨損分析

設(shè)備磨損一般分兩種形式—有形磨損和無形磨損。

有形磨損：是指機(jī)械電氣設(shè)備在使用過程（或閑置過程）中，發(fā)生實(shí)體的磨損，稱為有形磨損。例如：運(yùn)行中的電氣設(shè)備在外力的作用下，零部件發(fā)生摩擦和疲勞等現(xiàn)象，致使機(jī)械電氣設(shè)備的實(shí)體產(chǎn)生磨損，或者設(shè)備在閑置時(shí)，由于自然力的作用及管理保養(yǎng)不善而導(dǎo)致原有精度、工作能力下降，如機(jī)械生銹、金屬腐蝕、橡膠或塑料老化等。

無形磨損：是由于非使用所引起的機(jī)械電氣設(shè)備價(jià)值上的一種損失，它不表現(xiàn)為設(shè)備實(shí)體的變化，而表現(xiàn)為設(shè)備原始價(jià)值的貶值。例如：由于不斷出現(xiàn)性能更完善，效率更高的設(shè)備而使原有設(shè)備顯得陳舊和落后，就產(chǎn)品停產(chǎn)而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)磨損，這種無形磨損不僅原設(shè)備的價(jià)值會(huì)相對(duì)貶值，而且如果繼續(xù)使用舊設(shè)備還會(huì)相應(yīng)地降低生產(chǎn)的效率，也就是由于技術(shù)進(jìn)步而帶來設(shè)備磨損。

1.2 設(shè)備的物理、技術(shù)壽命分析

（1）大修設(shè)備需要考慮設(shè)備的物理壽命

即指設(shè)備從全新狀態(tài)開始使用到不能再用而報(bào)廢的時(shí)間，一般電氣設(shè)備出廠有機(jī)械電氣壽命，這個(gè)就與其動(dòng)作次數(shù)、運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)，因此設(shè)備大修，特別是關(guān)系地鐵運(yùn)營(yíng)安全的信號(hào)、通信、消防、牽引等系統(tǒng)需要定期監(jiān)測(cè)設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。

（2）設(shè)備的技術(shù)壽命

從技術(shù)角度或設(shè)備狀態(tài)分析，其設(shè)備運(yùn)行的最合理的期限，需要考慮設(shè)備開始使用到因技術(shù)落后或停產(chǎn)設(shè)備維修難度或費(fèi)用。

1.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命分析

設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命是指某種設(shè)備從開始使用之日起至經(jīng)濟(jì)上無法繼續(xù)使用或因技術(shù)落后而被替代之時(shí)為止的時(shí)間過程。從經(jīng)濟(jì)角度分析，設(shè)備最合理的使用期限，即設(shè)備最佳使用年限取決于平均年使用維護(hù)成本，它由設(shè)備原產(chǎn)值年度費(fèi)用和年度維修維護(hù)費(fèi)用組成。

年度維修費(fèi)用主要包括年度運(yùn)行費(fèi)、年度維修費(fèi)，一般來說，這部分費(fèi)用隨著設(shè)備使用年限的延長(zhǎng)而增加。

經(jīng)濟(jì)壽命的一般采用靜態(tài)計(jì)算方法，設(shè)備的年度平均總成本由平均年度資產(chǎn)消耗和年使用費(fèi)組成。前者隨使用年限的增長(zhǎng)而逐漸變小，后者隨使用年限增大而變大，年度平均總成本最低所對(duì)應(yīng)的年限就是經(jīng)濟(jì)壽命，如圖1所示。

2.大修模式選擇策略

2.1 供電設(shè)備模式選擇原則

供電設(shè)備屬于在線運(yùn)營(yíng)設(shè)備，其大修需要考慮不能影響地鐵正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)需要考慮供電安全，因此供電設(shè)備大修模式采用有形磨損的局部補(bǔ)償局、無形磨損局部補(bǔ)償、完全補(bǔ)償方式取決于上述設(shè)備大修模式分析要素，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，選擇最優(yōu)的大修模式，一般分為有形磨損的局部補(bǔ)償—即維修更換部分零部件，無形磨損的局部補(bǔ)償—即設(shè)備升級(jí)改造，以及完全補(bǔ)償—即整體更新，如圖2所示。

2.2 舉例說明

以廣州地鐵一號(hào)線AC400V低壓開關(guān)柜大修項(xiàng)目為例：

（1）設(shè)備磨損情況分析

統(tǒng)計(jì)顯示一號(hào)線2014年AC400V低壓開關(guān)柜共發(fā)生故障50次，其中低壓抽屜開關(guān)故障25次，主要為接觸器故障及開關(guān)操作機(jī)構(gòu)故障（14次），目前一號(hào)線低壓抽屜開關(guān)接觸器老化情況嚴(yán)重，導(dǎo)致開關(guān)缺相和遠(yuǎn)動(dòng)無法操作的情況頻繁發(fā)生，給運(yùn)營(yíng)造成一定的壓力，其他還有連接電纜觸指連接件接觸電阻過大，導(dǎo)致開關(guān)斷相及電纜異常發(fā)熱。例如：原坑口P16-D開關(guān)，帶負(fù)荷運(yùn)行B相溫度200℃，A、C相50℃～70℃），操作把手?jǐn)嗔鸦虻鬃_裂影響操作功能、表計(jì)、繼電器故障可以導(dǎo)致開關(guān)跳閘或失去自投自復(fù)功能等故障。

（2）設(shè)備的物理、技術(shù)壽命分析

一號(hào)線400V低壓開關(guān)柜共有5個(gè)品牌4個(gè)柜型（MNS、GGL-B、GCK-II、MLS），其中MNS、MLS型開關(guān)柜結(jié)構(gòu)基本一致，其設(shè)計(jì)理念參考MNS2.0柜型，兩者只是在抽屜開關(guān)尺寸上有所差異，其零部件通用性較強(qiáng)，MNS、MLS型開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，從運(yùn)行情況來看，設(shè)備主體結(jié)構(gòu)狀態(tài)度良好，目前備件還可以采購(gòu)。而GGL-B和GCK-II其兩種柜型結(jié)構(gòu)差異較大，同時(shí)使用站點(diǎn)也相對(duì)較少，該型號(hào)設(shè)備廠家均已停產(chǎn)或無法采購(gòu)其零配件，同時(shí)近年來故障次數(shù)及故障種類繁多且修復(fù)后反復(fù)出現(xiàn)同類故障、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)。因此參照2015年中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司對(duì)廣州地鐵一號(hào)線變電系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告結(jié)論，則需要通過大修方式對(duì)一號(hào)線低壓400V開關(guān)柜通過深度的維修以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（3）設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命分析

綜合考慮其設(shè)備考慮設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和后期維護(hù)成本，評(píng)估期技術(shù)壽命25～30年、MNS、MLS型開關(guān)柜，可以采用局部補(bǔ)償—即維修更換部分零部件方式大修，對(duì)于GGL-B和GCK-II開關(guān)柜，由于其備件以停產(chǎn)，且運(yùn)營(yíng)故障率較高，建議完全補(bǔ)償—即整體更新。

結(jié)語

本文結(jié)合廣州地鐵一號(hào)線AC400V大修工作開展，總結(jié)維修經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)備磨損情況、設(shè)備的物理、技術(shù)壽命、經(jīng)濟(jì)壽命等方面綜合分析，為大修實(shí)施方案決策提供可行、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的依據(jù)，指導(dǎo)大修工作開展，提升供電設(shè)備運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

同時(shí)對(duì)同類設(shè)備大修方案決策具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]宋奇吼，李學(xué)武.城市軌道交通供電（第3版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.