南寧地鐵2號線40.5 KV開關(guān)柜應(yīng)用淺析

黃錦云

（南寧軌道交通集團有限責(zé)任公司運營分公司，工程師，廣西 南寧 530000）

40.5 kV開關(guān)柜作為銜接交流35 kV環(huán)網(wǎng)與直流1 500 V系統(tǒng)、交流低壓400 V系統(tǒng)的紐帶，在地鐵供電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生故障，引發(fā)開關(guān)跳閘，將會造成某座車站甚至是數(shù)座車站交流35 kV 環(huán)網(wǎng)、直流1 500 V 系統(tǒng)、交流低壓400 V 系統(tǒng)供電中斷，導(dǎo)致電客車停車，嚴重影響旅客的生命、財產(chǎn)安全。筆者試對40.5 kV 開關(guān)柜在南寧地鐵2號線運用中出現(xiàn)故障和問題進行分析，研判成因，提出整改建議。

1 40.5 kV開關(guān)柜主要功能

南寧地鐵2 號線設(shè)有9 座降壓變電所和9 座牽引降壓混合變電所，共計安裝有173 面40.5 kV 開關(guān)柜，在降壓變電所和牽引降壓混合變電所內(nèi)，40.5 kV 開關(guān)柜接收來自交流35 kV 環(huán)網(wǎng)的電能，通過柜內(nèi)母線和開關(guān)對電能進行分配，分別向整流機組和動力照明負荷供電。開關(guān)柜采用戶內(nèi)型、SF6 氣體絕緣、鎧裝式金屬封閉結(jié)構(gòu)，包括柜體、高壓室、低壓室、電纜室、柜間連接、操作機構(gòu)等模塊單元。模塊單元中設(shè)有主母線、斷路器、三工位開關(guān)、電壓（流）互感器、避雷器（帶智能監(jiān)測器）、母線連接器、微機保護測控單元、GOOSE 網(wǎng)絡(luò)交換機、電纜插頭等主要元器件，以及帶電顯示裝置、斷路器/三工位開關(guān)操作手柄、鑰匙、主母線連接裝置、堵頭、地腳螺栓、柜間連接件等附件。40.5kV 開關(guān)柜根據(jù)排列布置和使用功能的不同，主要分為進線柜、出線柜、饋線柜、母聯(lián)柜和PT柜，具體功能簡介如下：

1）進線柜的主要作用是在系統(tǒng)正常運行方式下，將來自主變電站或相鄰變電所的35 kV 電源引入本所，供所內(nèi)設(shè)備使用。

2）出線柜的主要作用是在系統(tǒng)正常運行方式下，將本站變電所的35 kV 電源引向相鄰變電所，供鄰所設(shè)備使用。

3）饋線柜的主要作用是接收來自本站進線柜的35 kV 電能,經(jīng)過分配，向所內(nèi)整流變壓器、配電變壓器、SVG等設(shè)備提供電源。

4）母聯(lián)柜的主要作用是連接或者分段變電所兩段母線，調(diào)整運行方式，確保變電所母線檢修時的作業(yè)安全。

2 40.5 kV開關(guān)柜存在主要問題

由于40.5 kV 開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)設(shè)計、現(xiàn)場配線、零部件安裝過程中存在不同程度的缺陷，在交接試驗和實際運行過程中，發(fā)生母線連接器耐壓試驗擊穿、GOOSE 網(wǎng)絡(luò)交換機過熱、磁流體密封裝置漏氣等故障，嚴重影響40.5 kV開關(guān)柜的運行安全。

2.1 母線連接器擊穿南寧地鐵2 號線40.5 kV 開關(guān)柜在開通前的交接試驗中，出現(xiàn)多個車站母線連接器耐壓試驗時擊穿問題，經(jīng)排查，主要原因一是安裝互感器時，由于開關(guān)柜內(nèi)部空間狹小，母線連接器表面受到互感器反復(fù)掛蹭，外屏蔽層和絕緣層遭到破壞，導(dǎo)致絕緣性能減弱而擊穿。二是安裝母線連接器時，橡膠表面與環(huán)氧表面采取有效的排氣措施，導(dǎo)致母線連接器與環(huán)氧套管之間存在空氣間隙，整體絕緣性能減弱，最終導(dǎo)致?lián)舸?/p>

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷由于設(shè)計制造緣故，所有40.5 kV 柜的結(jié)構(gòu)、尺寸幾近相同，但由于開關(guān)柜承載的功能并不一致，其柜內(nèi)的元器件種類、規(guī)格、數(shù)量也會有差別，這就造成了部分開關(guān)柜內(nèi)元器件分布均衡，而部分開關(guān)柜內(nèi)元器件非常緊湊的情況，部分元器件安裝時甚至超出了柜體的結(jié)構(gòu)范圍。開關(guān)柜內(nèi)元器件安裝過于緊湊極易導(dǎo)致門鎖與柜內(nèi)導(dǎo)線相磨、轉(zhuǎn)換開關(guān)操作時與柜內(nèi)元器件刮碰、GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機過熱、網(wǎng)線松脫等問題。

2.3 二次接線不規(guī)范在施工現(xiàn)場，柜與柜間的接線、端子排至柜內(nèi)元器件的安裝接線大多是由施工單位及元器件的供應(yīng)商完成。接線時，由于施工單位和設(shè)備廠商人員在工藝要求、工序做法、接線習(xí)慣上存在差異，且未能與開關(guān)柜內(nèi)原有接線協(xié)調(diào)匹配，造成了柜內(nèi)預(yù)留光纜遮擋端子排、導(dǎo)線導(dǎo)體裸露、端子排接線未壓緊、接線未落入線槽等問題。

2.4 磁流體密封裝置漏氣為保證開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)電回路具有較高的絕緣強度，開關(guān)柜的高壓帶電部件安裝于充有一定壓力的SF6 封閉氣室內(nèi)，確保完全不受外界大氣條件影響，SF6 氣室采用磁流體密封裝置進行密封。磁流體密封裝置屬精密器件，對制造、安裝工藝要求較高，稍有瑕疵，就有可能會導(dǎo)致裝置失效造成漏氣。南寧地鐵2號線40.5kV開關(guān)柜在投運初期，先后在朝陽廣場站、秀廂站發(fā)生了磁流體密封裝置漏氣問題。

3 40.5 kV開關(guān)柜問題整改措施

3.1 確保關(guān)鍵部件安裝質(zhì)量進行母線連接器、三工位開關(guān)、斷路器等關(guān)鍵部件的安裝前，應(yīng)先對安裝環(huán)境進行檢測，具備安裝條件后，由設(shè)備廠商專業(yè)人員負責(zé)安裝和對所有參數(shù)進行檢測和調(diào)整，確保所有參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3.2 優(yōu)化開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計要求開關(guān)柜廠商按照運營單位需求，對柜內(nèi)所有元器件的位置、柜與柜間的接線進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和布置，增加網(wǎng)絡(luò)交換機專用支撐裝置，改進轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計門鎖，新增散熱制冷風(fēng)扇，調(diào)整接線端子方向。

3.3 規(guī)范二次回路接線制定開關(guān)柜二次接線標(biāo)準(zhǔn)工序，對開關(guān)柜二次接線電纜規(guī)格型號、芯線連接、電纜絕緣、屏蔽接地、標(biāo)識標(biāo)牌等進行專項排查，重新緊固電纜芯線與電氣元器件的連接，去除受損的電纜芯線，更換存在接頭的電纜，調(diào)整、梳理二次接線排列，重新壓接多股芯線線頭，搖測二次電纜的絕緣，增設(shè)專用屏蔽接地銅排，確保二次接線牢固、可靠。

3.4 提高開關(guān)柜氣密性采用先進焊接技術(shù)，提高焊接質(zhì)量，開關(guān)柜焊接完成后，對焊縫進行專項處理，確保焊縫不漏氣。選用技術(shù)成熟、穩(wěn)定、性能良好的專用密封裝置，安裝前、后均須對密封裝置進行檢查和測試，確保密封裝置運作正常。適當(dāng)調(diào)整開關(guān)柜氣室與大氣的壓差，使SF6 壓力處于合理范圍?，F(xiàn)場吊裝開關(guān)柜時，輕拿輕放，避免磕碰導(dǎo)致密封部件變形。定期檢測SF6 壓力，發(fā)現(xiàn)氣壓降低及時進行補氣。

3.5 其他方面的思考在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，40.5 kV 開關(guān)柜一般處于長期受電狀態(tài)，良好的運行環(huán)境是開關(guān)柜具有較高安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性的前提。因此，要進一步提高開關(guān)柜的性能，可合理設(shè)置開關(guān)柜的溫濕度，加裝除塵濾網(wǎng)，凈化通風(fēng)，減少進入開關(guān)柜內(nèi)部的塵埃量，對進出開關(guān)柜的電纜孔洞進行封堵，防止潮氣和小動物進入開關(guān)柜，同時制定完善的開關(guān)柜檢修維護制度，逢停必掃，定期開展電纜頭檢查維護，確保開關(guān)柜絕緣始終保持良好狀態(tài)。

4 結(jié)束語

由于城市軌道交通的占地面積、空間限制等因素，目前40.5 kV開關(guān)柜在國內(nèi)軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。期望本文提出的40.5 kV 開關(guān)柜問題分析和整改建議對其他城市軌道交通運營單位在進一步提高40.5 kV 開關(guān)柜運用的安全穩(wěn)定性方面有所啟示和幫助。