南寧地鐵2號線40.5 KV開關柜應用淺析

黃錦云

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

40.5 kV開關柜作為銜接交流35 kV環網與直流1 500 V系統、交流低壓400 V系統的紐帶，在地鐵供電系統中起著至關重要的作用，一旦發生故障，引發開關跳閘，將會造成某座車站甚至是數座車站交流35 kV 環網、直流1 500 V 系統、交流低壓400 V 系統供電中斷，導致電客車停車，嚴重影響旅客的生命、財產安全。筆者試對40.5 kV 開關柜在南寧地鐵2號線運用中出現故障和問題進行分析，研判成因，提出整改建議。

1 40.5 kV開關柜主要功能

南寧地鐵2 號線設有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 開關柜，在降壓變電所和牽引降壓混合變電所內，40.5 kV 開關柜接收來自交流35 kV 環網的電能，通過柜內母線和開關對電能進行分配，分別向整流機組和動力照明負荷供電。開關柜采用戶內型、SF6 氣體絕緣、鎧裝式金屬封閉結構，包括柜體、高壓室、低壓室、電纜室、柜間連接、操作機構等模塊單元。模塊單元中設有主母線、斷路器、三工位開關、電壓（流）互感器、避雷器（帶智能監測器）、母線連接器、微機保護測控單元、GOOSE 網絡交換機、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 開關柜根據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，供所內設備使用。

2）出線柜的主要作用是在系統正常運行方式下，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,經過分配，向所內整流變壓器、配電變壓器、SVG等設備提供電源。

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

2 40.5 kV開關柜存在主要問題

由于40.5 kV 開關柜在結構設計、現場配線、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，發生母線連接器耐壓試驗擊穿、GOOSE 網絡交換機過熱、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 開關柜在開通前的交接試驗中，出現多個車站母線連接器耐壓試驗時擊穿問題，經排查，主要原因一是安裝互感器時，由于開關柜內部空間狹小，母線連接器表面受到互感器反復掛蹭，外屏蔽層和絕緣層遭到破壞，導致絕緣性能減弱而擊穿。二是安裝母線連接器時，橡膠表面與環氧表面采取有效的排氣措施，導致母線連接器與環氧套管之間存在空氣間隙，整體絕緣性能減弱，最終導致擊穿。

2.2 結構設計存在缺陷由于設計制造緣故，所有40.5 kV 柜的結構、尺寸幾近相同，但由于開關柜承載的功能并不一致，其柜內的元器件種類、規格、數量也會有差別，這就造成了部分開關柜內元器件分布均衡，而部分開關柜內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構范圍。開關柜內元器件安裝過于緊湊極易導致門鎖與柜內導線相磨、轉換開關操作時與柜內元器件刮碰、GOOSE網絡交換機過熱、網線松脫等問題。

2.3 二次接線不規范在施工現場，柜與柜間的接線、端子排至柜內元器件的安裝接線大多是由施工單位及元器件的供應商完成。接線時，由于施工單位和設備廠商人員在工藝要求、工序做法、接線習慣上存在差異，且未能與開關柜內原有接線協調匹配，造成了柜內預留光纜遮擋端子排、導線導體裸露、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柜內主導電回路具有較高的絕緣強度，開關柜的高壓帶電部件安裝于充有一定壓力的SF6 封閉氣室內，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，就有可能會導致裝置失效造成漏氣。南寧地鐵2號線40.5kV開關柜在投運初期，先后在朝陽廣場站、秀廂站發生了磁流體密封裝置漏氣問題。

3 40.5 kV開關柜問題整改措施

3.1 確保關鍵部件安裝質量進行母線連接器、三工位開關、斷路器等關鍵部件的安裝前，應先對安裝環境進行檢測，具備安裝條件后，由設備廠商專業人員負責安裝和對所有參數進行檢測和調整，確保所有參數在標準范圍內。

3.2 優化開關柜結構設計要求開關柜廠商按照運營單位需求，對柜內所有元器件的位置、柜與柜間的接線進行統一協調和布置，增加網絡交換機專用支撐裝置，改進轉換開關結構，重新設計門鎖，新增散熱制冷風扇，調整接線端子方向。

3.3 規范二次回路接線制定開關柜二次接線標準工序，對開關柜二次接線電纜規格型號、芯線連接、電纜絕緣、屏蔽接地、標識標牌等進行專項排查，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，增設專用屏蔽接地銅排，確保二次接線牢固、可靠。

3.4 提高開關柜氣密性采用先進焊接技術，提高焊接質量，開關柜焊接完成后，對焊縫進行專項處理，確保焊縫不漏氣。選用技術成熟、穩定、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。適當調整開關柜氣室與大氣的壓差，使SF6 壓力處于合理范圍。現場吊裝開關柜時，輕拿輕放，避免磕碰導致密封部件變形。定期檢測SF6 壓力，發現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中，40.5 kV 開關柜一般處于長期受電狀態，良好的運行環境是開關柜具有較高安全性、穩定性、經濟性的前提。因此，要進一步提高開關柜的性能，可合理設置開關柜的溫濕度，加裝除塵濾網，凈化通風，減少進入開關柜內部的塵埃量，對進出開關柜的電纜孔洞進行封堵，防止潮氣和小動物進入開關柜，同時制定完善的開關柜檢修維護制度，逢停必掃，定期開展電纜頭檢查維護，確保開關柜絕緣始終保持良好狀態。

4 結束語

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開關柜在國內軌道交通中得到廣泛應用。期望本文提出的40.5 kV 開關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 開關柜運用的安全穩定性方面有所啟示和幫助。