地铁交直流电源装置常见故障分析及预防措施

金静

摘 要：在地铁供电系统中，交直流电源装置是保证变电所设备正常运行的重要设备，对地铁系统正常运行意义重大。在设备采购、安装和日常维护中，采取有效措施可以避免引发事故。

关键词：交直流电源；绝缘监测装置；智能监控单元；防雷器

1 交直流电源装置简介

地铁交直流电源装置包含交流配电电源和直流操作电源，构成地铁变电所的所内操作电源供电系统，交流电源装置就是一个双电源配电设备，两路电源的转换可采用PC级或者CB级电源转换装置。直流电源屏交流电源引自交流电源屏，采用高频开关模块将交流电源整流为变电所内操作电源需要的直流电源，并采用蓄电池作为备用电源。

2 系统组成及运行方式

2.1 系统组成及接线方式

图1 直流电源系统基本组成形式

A型、 B型、C型盘：分别用于主变电站、牵混所、降压所，系统由智能充电单元、蓄电池、直流馈线断路器、直流母线自动（手动）调压装置（调压装置按主备两套配置）、微机绝缘监测装置及智能监控单元、防雷器、交流进线自动（手动）切换装置等组成。接线采用单母线分段方式。

充电单元选用高频开关电源充电模块，B型和C型装置采用（N+1）热冗余方式并联组合供电。充电模块的容量应满足系统最大经常性负荷和蓄电池充电电流的要求。

2.2 运行方式

每套充电装置的交流进线由变电所内交流盘引入两路三相交流AC400V输入电源，两路进线电源互为备用，设置进线电源自动投切装置，也可手动强制切换至任一路电源供电。两接触器之间设置机械联锁。正常供电时，充电装置对蓄电池组进行充电或浮充电，同时为全所的经常性直流负荷提供电源，由蓄电池向冲击负荷供电。交流失电后，由蓄电池向所内全部负荷包括经常性负荷和冲击负荷供电；而当交流恢复正常时，充电装置能自动启动进入工作，若满足自动均充条件时，充电装置自动投入均充，均充结束时，能自动回到正常的浮充状态。

3 常见故障现象及原因分析、应对策略

3.1 交流盘接触器控制回路时间继电器故障

故障现象及原因分析：故障发生时交流盘一、二段失电，造成充电屏无输出、整流变温控器失电。经过对设备检查，交流盘进线接触器均处于分位，同时测量进线接触器的电源侧有电，接触器线圈无电源输入，因此可判断为接触器控制回路故障造成的接触器无法吸合。

经过对控制回路各节点的测量，发现为KA1继电器故障造成接触器无法正常吸合，从而导致交流盘失电。随后工作人员及时更换了损坏的时间继电器，恢复了设备的正常运行。

应对策略：时间继电器由于长期处于动作状态，随着运行时间增长，继电器内部老化易发生故障，因此应对全线各变电所的时间继电器的动作可靠性进行检查，并及时对存在故障隐患的继电器进行更换。

3.2 电力监控后台误报信号

故障现象及原因分析：交直流系统不断误发“交流过压、欠压、充电模块告警、通讯中断、母线接地告警”等故障信号，经过分析，对于此类误报信号主要有两种情况：

3.2.1 该类的故障报文发生在地铁正常的运营时间，电力监控后台报此类信号时，而交直流的集中监控装置无该信号且该信号在3秒左右恢复。经分析，此种信号的误报主要是由于信号干扰造成，遂对全线的交直流系统至电力监控后台的通讯电缆屏蔽层进行接地，在完成屏蔽层接地后，设备信号误报情况大大降低。

3.2.2 该类信号误报伴随着交直流系统中的“蓄电池浮充转均充”过程出现，且该信号在3秒内恢复。针对该故障，设备厂家在典型站进行蓄电池充放电实验、随后将系统浮充转均充，反复几次并未发现有信号误报情况发生，故此类信号误报原因还要继续跟踪、分析。

应对策略：设备的抗电磁干扰实验非常重要，在设备出厂前做好设备尤其是通讯装置的抗电磁干扰实验。现场施工注意做好通讯电缆屏蔽层接地工作。

3.3 交流备用通道或自動切换装置故障

交流电源采用双回路供电，通常工作在主回路，在主回路停电或故障时有时不能切换到备用回路或备用回路通道故障，从而造成全面停电。

对策：日常维护中每月检查备用电源并试验切换操作。

3.4 交流电源防雷器

在设备日常运行过程中，交流电源防雷器损坏的概率较大，防雷损坏不会造成供电问题，但在雷击时对后级设备的保护失效，造成雷击事故扩大，严重时将造成供电事故，因此应保证防雷器时刻处于有效状态。

对策：具有防雷监控的报警后及时维修更换，无防雷监控的日常巡视时应检查防雷器状态指示是否正常，防雷空气开关是否闭合。

3.5 交直流配电开关

配电开关容量应综合各种条件确定并注意上下级差配合，避免特殊状态开关跳闸和越级跳闸事故扩大。

对策：设备安装投运时复核开关容量，检查交直流电源的配电开关和受电设备开关级差配合，上下级应有2级级差，下级采用熔断器时，开关容量应为熔断器容量的2倍；当受电设备更换时，要注意负荷配电开关容量是否合理。

3.6 开关及连接部位安全检查

在开关触头、电缆连接处和大电流通过的连接部位容易出现氧化、松动的情况，一旦出现就可能会造成火灾、开路等严重的事故；应该加强检查以预防、杜绝此类事故的发生。

对策：日常维护中，每月用红外热成像仪对设备尤其是开关触头、电缆连接处和大电流通过的连接部位进行扫描，发现超过周围环境5℃，应仔细检查并及时处理；另外在设备安装和投运时加强连接部位检查，投运初期加强安全检查。

3.7 操作电源蓄电池

操作电源要求交流停电时能不间断供电并能保障停电后的工作时间，操作电源的蓄电池直接对负载供电，因此蓄电池安全极为重要。通常采用免维护阀控铅酸电池，蓄电池的变化是一个渐进和积累的过程，为保证蓄电池运行良好，进行日常检测和维护是非常重要的。目前交直流屏装置对蓄电池的充电管理和落后电池筛选大部分都是自动完成的，只需要注意监控器的报警记录并及时处理即可，但不可以替代日常的蓄电池维护工作，蓄电池维护工作如下：

3.7.1 每月检查项目

（1）测量蓄电池端电压与设定充电电压是否一致；不一致及时校正保证安全充电电压。（2）检查蓄电池壳、盖有无鼓涨、漏酸及损伤；及时更换问题电池。（3）清洁蓄电池表面的灰尘和污渍。（4）检查蓄电池端头是否氧化生锈，如有进行除锈、更换电缆，涂防锈剂等。（5）用红外热成像仪检测蓄电池体、端头、电缆温度，发现超过周围环境5℃，应仔细检查并及时处理。

3.7.2 每年检查项目

进行核对性放电或容量试验，保证蓄电池容量满足要求，剔除损坏蓄电池后整组电池容量低于标称容量的80%需要整组更换蓄电池。

4 结束语

以上所列种种交直流电源装置所易出现的故障现象及故障原因分析为笔者在工作中亲身经历，可能只占交直流设备常见故障中的一部分，亦或仍有其他发生的故障未在其中之列，但通过文中的分析可相互借鉴经验，吸取教训，为以后的建设运营提供有益参考。希望通过日常维护工作可以有效地避免交直流电源重大事故的发生，做到事故隐患及时排查，防患于未然。