地鐵交直流電源裝置常見故障分析及預防措施

金靜

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

關鍵詞：交直流電源；絕緣監測裝置；智能監控單元；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，構成地鐵變電所的所內操作電源供電系統，交流電源裝置就是一個雙電源配電設備，兩路電源的轉換可采用PC級或者CB級電源轉換裝置。直流電源屏交流電源引自交流電源屏，采用高頻開關模塊將交流電源整流為變電所內操作電源需要的直流電源，并采用蓄電池作為備用電源。

2 系統組成及運行方式

2.1 系統組成及接線方式

圖1 直流電源系統基本組成形式

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）調壓裝置（調壓裝置按主備兩套配置）、微機絕緣監測裝置及智能監控單元、防雷器、交流進線自動（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電源充電模塊，B型和C型裝置采用（N+1）熱冗余方式并聯組合供電。充電模塊的容量應滿足系統最大經常性負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線由變電所內交流盤引入兩路三相交流AC400V輸入電源，兩路進線電源互為備用，設置進線電源自動投切裝置，也可手動強制切換至任一路電源供電。兩接觸器之間設置機械聯鎖。正常供電時，充電裝置對蓄電池組進行充電或浮充電，同時為全所的經常性直流負荷提供電源，由蓄電池向沖擊負荷供電。交流失電后，由蓄電池向所內全部負荷包括經常性負荷和沖擊負荷供電；而當交流恢復正常時，充電裝置能自動啟動進入工作，若滿足自動均充條件時，充電裝置自動投入均充，均充結束時，能自動回到正常的浮充狀態。

3 常見故障現象及原因分析、應對策略

3.1 交流盤接觸器控制回路時間繼電器故障

故障現象及原因分析：故障發生時交流盤一、二段失電，造成充電屏無輸出、整流變溫控器失電。經過對設備檢查，交流盤進線接觸器均處于分位，同時測量進線接觸器的電源側有電，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。

經過對控制回路各節點的測量，發現為KA1繼電器故障造成接觸器無法正常吸合，從而導致交流盤失電。隨后工作人員及時更換了損壞的時間繼電器，恢復了設備的正常運行。

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

3.2 電力監控后臺誤報信號

故障現象及原因分析：交直流系統不斷誤發“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 該類的故障報文發生在地鐵正常的運營時間，電力監控后臺報此類信號時，而交直流的集中監控裝置無該信號且該信號在3秒左右恢復。經分析，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至電力監控后臺的通訊電纜屏蔽層進行接地，在完成屏蔽層接地后，設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中的“蓄電池浮充轉均充”過程出現，且該信號在3秒內恢復。針對該故障，設備廠家在典型站進行蓄電池充放電實驗、隨后將系統浮充轉均充，反復幾次并未發現有信號誤報情況發生，故此類信號誤報原因還要繼續跟蹤、分析。

應對策略：設備的抗電磁干擾實驗非常重要，在設備出廠前做好設備尤其是通訊裝置的抗電磁干擾實驗。現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備的保護失效，造成雷擊事故擴大，嚴重時將造成供電事故，因此應保證防雷器時刻處于有效狀態。

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

3.5 交直流配電開關

配電開關容量應綜合各種條件確定并注意上下級差配合，避免特殊狀態開關跳閘和越級跳閘事故擴大。

對策：設備安裝投運時復核開關容量，檢查交直流電源的配電開關和受電設備開關級差配合，上下級應有2級級差，下級采用熔斷器時，開關容量應為熔斷器容量的2倍；當受電設備更換時，要注意負荷配電開關容量是否合理。

3.6 開關及連接部位安全檢查

在開關觸頭、電纜連接處和大電流通過的連接部位容易出現氧化、松動的情況，一旦出現就可能會造成火災、開路等嚴重的事故；應該加強檢查以預防、杜絕此類事故的發生。

對策：日常維護中，每月用紅外熱成像儀對設備尤其是開關觸頭、電纜連接處和大電流通過的連接部位進行掃描，發現超過周圍環境5℃，應仔細檢查并及時處理；另外在設備安裝和投運時加強連接部位檢查，投運初期加強安全檢查。

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載供電，因此蓄電池安全極為重要。通常采用免維護閥控鉛酸電池，蓄電池的變化是一個漸進和積累的過程，為保證蓄電池運行良好，進行日常檢測和維護是非常重要的。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工作，蓄電池維護工作如下：

3.7.1 每月檢查項目

（1）測量蓄電池端電壓與設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，發現超過周圍環境5℃，應仔細檢查并及時處理。

3.7.2 每年檢查項目

進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稱容量的80%需要整組更換蓄電池。

4 結束語

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