淺析可視化接地柜故障原因分析及預(yù)防措施

王秉學(xué)，田 力，張桂林

(1.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000;2.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

地鐵日常運(yùn)營過程中，接觸網(wǎng)供電的可靠性直接關(guān)系著車輛的正常運(yùn)行，因而接觸網(wǎng)日常檢修和維護(hù)顯得尤為重要[1]。目前，傳統(tǒng)驗(yàn)電接地方式已無法滿足檢修作業(yè)對安全和效率的要求，取而代之的是可視化接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)在有效保證人員和設(shè)備安全的前提下，提升了接觸網(wǎng)檢修作業(yè)效率。但在使用過程中，可視化接地柜設(shè)備所出現(xiàn)的各種故障成為不得不解決的問題。

1 可視化接地系統(tǒng)構(gòu)成

可視化接地裝置采用集中管理、分散布置模式，分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由設(shè)置在控制中心的中央級服務(wù)器和工作站、每個牽引變電所的站級監(jiān)控主機(jī)和可視化接地裝置以及通信網(wǎng)絡(luò)等組成[2]。

接地開關(guān)控制采用三級控制方式，即控制中心的遠(yuǎn)程控制、接觸網(wǎng)工班和車站接觸網(wǎng)設(shè)備室的站級控制、接地裝置的本體控制，三種控制方式相互閉鎖，以達(dá)到安全控制的目的。

在控制中心設(shè)置中央服務(wù)器和工作站、在車場接觸網(wǎng)工班設(shè)置站級系統(tǒng)管理工作站、在每個配有牽引變電所的車站、車輛段和停車場設(shè)置站級可視化站級監(jiān)控主機(jī)，每個牽引變電所的軌行區(qū)和停車場的可視化接地裝置需通過光纖網(wǎng)絡(luò)接至站級監(jiān)控主機(jī)，站級監(jiān)控主機(jī)通過通信系統(tǒng)提供的10/100 M以太網(wǎng)口與控制中心通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程控制。

2 可視化接地系統(tǒng)典型故障

2.1 遠(yuǎn)動分閘失敗

2.1.1 實(shí)際案例

某地鐵公司，在當(dāng)天施工作業(yè)結(jié)束電調(diào)遠(yuǎn)程送電期間，電調(diào)通過可視化接地系統(tǒng)全線程控分閘過程中，可視化接地工作站顯示某站一臺可視化接地柜地刀分閘失敗，隨即電調(diào)對該臺可視化接地柜地刀單操失敗，程控、單控均無法分閘。接觸網(wǎng)檢修人員隨即趕往現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)可視化接地柜合位指示燈亮，閉鎖控制器處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，現(xiàn)場將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換至接地分閘位，電操分閘地刀無響應(yīng)。

通過以上故障現(xiàn)象，對現(xiàn)場設(shè)備逐項開展排查：(1)可視化接地柜合位指示燈亮，則外部電源有電；(2)通過可視化接地系統(tǒng)復(fù)示終端可以實(shí)時監(jiān)控到該臺可視化接地柜地刀的實(shí)時畫面，排除通信中斷情況；(3)通過查看閉鎖控制器狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)燒損情況；測量閉鎖控制器電源正負(fù)極電壓為0 V，正極電源線對地電壓為0 V，判斷該故障為控制器正極無壓導(dǎo)致控制器無電，經(jīng)處理后閉鎖控制器恢復(fù)正常，接地、遠(yuǎn)方操作均正常，表明閉鎖控制器本體無故障。通過萬用表對閉鎖控制器正、負(fù)極端子分別對地測量，查明為正極無壓導(dǎo)致控制器無電。

2.1.2 故障分析

通過以上故障現(xiàn)象和現(xiàn)場處置流程分析可知，由于該設(shè)備內(nèi)部接線較多，而且設(shè)備安裝在軌行區(qū)內(nèi)，列車長期運(yùn)行引起的振動可能導(dǎo)致內(nèi)部接線松動，造成設(shè)備元器件出現(xiàn)故障而不能正常工作。

2.2 遠(yuǎn)動合閘失敗

2.2.1 實(shí)際案例

某地鐵公司在施工作業(yè)開始前組織全線停電掛地線時，發(fā)現(xiàn)某站一臺可視化接地柜地刀合閘失敗，迫使檢修人員臨時對該站越區(qū)開關(guān)進(jìn)行合閘，暫停使用該供電分區(qū)的可視化接地柜。

通過以上故障現(xiàn)象，對現(xiàn)場設(shè)備逐項開展排查：(1)該臺可視化接地柜“遙信”“遙測”“遙視”功能均正常，因此排除電源故障；(2)對本站和相鄰牽混所站隔離開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，閉鎖條件滿足該臺可視化接地柜合閘的閉鎖條件；(3)通過對通訊屏查看，在可視化接地柜拒合過程中并未出現(xiàn)通信中斷的報文，可排除接地柜未收到正確遙控指令的故障；(4)對驗(yàn)電閉鎖控制器進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電閉鎖控制器無破損、接線無松動；檢查分合閘接觸器狀態(tài)無異常、無卡滯現(xiàn)象、接觸器上接線無松動，可排除合閘接觸器故障；對一次室內(nèi)合閘回路相關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行測量、排查，發(fā)現(xiàn)接線存在虛接情況，因此造成接地柜電動操作機(jī)構(gòu)拒動。

2.2.2 故障分析

通過以上故障現(xiàn)象和現(xiàn)場處置流程分析可知，造成設(shè)備元器件出現(xiàn)故障的原因?yàn)榻泳€存在虛接情況，導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作，而出現(xiàn)這種情況的原因可能有設(shè)備焊接和接線壓接的處理工藝存在問題、固定線頭的螺栓出現(xiàn)松動、焊接點(diǎn)老化等。

2.3 可視化接地裝置通訊異常

2.3.1 實(shí)際案例

某站某臺可視化接地裝置與通信機(jī)之間通信中斷，通過分析通信報文確認(rèn)裝置間物理鏈路正常，可視化接地裝置控制器能夠收到通信機(jī)報文，但未能向通信機(jī)發(fā)出報文。該故障發(fā)生后，現(xiàn)場將控制器重新斷電重啟，恢復(fù)正常。

2.3.2 故障分析

通過對該控制器軟硬件分析發(fā)現(xiàn)：(1)硬件測試無問題，各硬件模塊均運(yùn)行正常；(2)軟件測試發(fā)現(xiàn)控制器主程序版本程序與該線路控制器需求的版本不匹配；(3)經(jīng)了解，測試人員在調(diào)試時為了保證同地區(qū)項目都使用相同版本程序，現(xiàn)場將該公司兩條線路接地柜控制程序修改為一致，造成版本程序與現(xiàn)場接地柜控制器通信模塊程序不匹配；(4)評估發(fā)現(xiàn)，控制器版本程序運(yùn)行正常，且功能上沒有問題，但在復(fù)雜的通信環(huán)境下長時間與現(xiàn)場通信機(jī)通信，存在發(fā)送緩存區(qū)減少的風(fēng)險，進(jìn)而丟失部分或全部緩存區(qū)而導(dǎo)致通信中斷。

2.4 可視化接地裝置電壓異常

2.4.1 實(shí)際案例

某站某臺可視化接地裝置出現(xiàn)驗(yàn)電電壓異常告警，后臺顯示電壓一為1575 V、電壓二為1149 V，故障發(fā)生時初步懷疑為電壓傳感器故障，更換電壓傳感器后故障并未消失；更換控制器后電壓二故障消失，故障消除。

2.4.2 故障分析

對電壓采集回路進(jìn)行測試，根據(jù)接地柜硬件結(jié)構(gòu)分析，電壓傳感器二次側(cè)與驗(yàn)電鎖、直流驗(yàn)電閉鎖控制器電壓采集模塊為并聯(lián)關(guān)系，給電壓傳感器加模擬電壓，對傳感器輸出進(jìn)行測量。

首先，選取直流驗(yàn)電閉鎖控制器A、B為電壓一采集回路，C、D為電壓二采集回路，將A、B、C、D端子接線與控制器剝離，給電壓傳感器1和電壓傳感器2一次側(cè)施加模擬電壓，用萬用表直流檔測量A、B導(dǎo)線之間電壓及C、D導(dǎo)線之間電壓，發(fā)現(xiàn)其輸出電壓一致，并符合電壓傳感器輸出值。

然后，將A、B、C、D導(dǎo)線接回端子，給電壓傳感器1和電壓傳感器2一次側(cè)施加模擬電壓，用萬用表直流檔測量A、B之間電壓及C、D之間電壓，發(fā)現(xiàn)C、D之間電壓明顯低于A、B之間電壓，可判斷為直流驗(yàn)電閉鎖控制器電壓二采集電路出現(xiàn)故障。

經(jīng)過分析，電壓二采集回路中保護(hù)電路的TVS管特性變差導(dǎo)致采集電壓二下降，現(xiàn)場對故障接地柜控制器進(jìn)行更換，電壓二采集電壓正常。

2.5 直流電纜故障分析

地鐵直流電纜有大量的應(yīng)用，運(yùn)行中電纜故障較多，總體包括機(jī)械損傷和絕緣性能下降兩大類。

電纜機(jī)械損傷的原因主要包括電纜彎曲半徑過大導(dǎo)致受外力過大破損、溫度變化引起電纜熱脹冷縮發(fā)生相對移動擠壓破損等。電纜敷設(shè)過程中要充分考慮現(xiàn)場安裝條件，盡可能地將硬性接觸轉(zhuǎn)變?yōu)檐浶越佑|，彎曲半徑符合設(shè)計要求，同時考慮預(yù)留因熱脹冷縮變化電纜移動的位置。

電纜絕緣降低的原因包括泡水、環(huán)境潮濕、絕緣層受化學(xué)腐蝕、長期超負(fù)荷運(yùn)行、電纜頭施工工藝不符合要求等。

根據(jù)目前可視化接地系統(tǒng)主流安裝方式及可視化接地柜工作環(huán)境分析，可視化接地柜處直流電纜故障主要表現(xiàn)為絕緣性能下降，造成絕緣性能下降的主要原因是長期積水潮濕影響或者個別位置處電纜長期泡水。

2.6 攝像機(jī)不錄像故障分析

作為可視化接地柜重要部件的攝像機(jī)目前制造工藝成熟、性能穩(wěn)定，但運(yùn)行過程中也可能出現(xiàn)下列故障：(1)二次接線松脫、錯誤、短接造成攝像機(jī)不工作；(2)元器件設(shè)計、選型不合適，安全系數(shù)選取過低等原因；(3)攝像頭失電，變電所電源空開跳閘、電源線端子頭損壞；(4)維護(hù)周期太長，檢測不到位。

3 結(jié)語

以上介紹了可視化接地系統(tǒng)的組成部分，并指出了六類可視化接地系統(tǒng)常見的故障及原因分析，著重列舉實(shí)例介紹了遠(yuǎn)動分合閘失敗、通信異常、電壓異常的原因。針對深層次故障原因進(jìn)行分析，得知在可視化接地裝置系統(tǒng)維護(hù)過程中，要對二次接線的端子進(jìn)行緊固，同時要時刻關(guān)注關(guān)鍵設(shè)備周邊的環(huán)境變化情況，如裝置周邊或上部漏水應(yīng)及時進(jìn)行堵漏處理，避免發(fā)生短路或絕緣降低造成可視化接地柜故障。人防加技防，保證可視化接地裝置平穩(wěn)工作，進(jìn)一步提升作業(yè)效率。