南宁地铁1号线直流开关柜的应用与研究

黄锦云

（南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司，助理工程师广西 南宁 530029）

南宁地铁1号线（以下简称地铁1号线）以石埠站为起点，线路途经大学路、衡阳西路、朝阳路、民族大道、高坡岭路，在火车东站设置终点站。供电系统采用集中供电方式，主变电站进线电源电压为交流110 kV，系统环网电压为交流35 kV，接触网电压为直流1 500 V，正线地下区段线路采用刚性架空接触网，车辆段、停车场采用柔性架空接触网，于2016年12 月28 日开通试运营。南宁地铁1 号线开通试运营后直流牵引供电安全备受有关方面关注，直流开关柜一旦发生故障，引发直流开关跳闸和接触网停电，将导致电客车停车，严重影响旅客的生命、财产安全及南宁地铁1 号线的服务质量。因此，对南宁地铁1 号线直流开关柜的应用情况进行研究，查找存在问题，提出应对措施和改进建议，对保障南宁地铁1号线直流牵引供电安全具有非常重要的意义。

1 地铁1号线直流开关柜应用情况

南宁地铁1号线在牵引降压混合变电所中使用的直流开关柜排列图如图1、图2所示。

图1 直流开关柜排列图1

图2 直流开关柜排列图2

1.1 牵引供电设备配备及功能 南宁地铁1 号线设有14座牵引降压混合变电所，其中正线12座，车辆段、停车场各一座。在牵引降压混合变电所内，整流机组将整流后的直流牵引电能接入直流开关柜，直流开关柜通过直流母线和直流开关对直流牵引电能进行分配，分别向上、下行的接触网供电，以维持列车正常运行。

1.2 直流开关柜简介 直流开关柜主要包含有进线柜（201、202）、馈线柜（211、212、213、214）和负极柜（N），各柜的主要组成电气元件和功能作用如下：

1）进线柜主要由设备柜体、母排、避雷器、直流快速断路器（HSCB）、辅助开关、电压采集装置以及相关的控制、测量、保护（PLC）和二次接线组成，其主要作用是将整流机组输出的直流电源的正极接至直流开关柜的母排，再进行分配。

2）馈线柜主要由设备柜体、母排、直流快速断路器（HSCB）、辅助开关、线路测试装置以及相关的控制、测量、保护（sepcos）和二次接线组成，其主要作用是从直流母线取电，并通过上网隔离开关将电送至接触网，给电客车供电。

3）负极柜主要由设备柜体、母排、避雷器、负极隔离刀闸、框架电压继电器、分流器、电压采集装置以及相关的测量和二次接线组成，其主要作用是将整流机组输出的直流电源的负极通过负极隔离刀闸接至负极母排，并经连接电缆与回流轨连接，形成供电回路。

2 地铁1号线直流开关柜的问题

南宁地铁1 号线直流开关柜因受施工工艺、机构参数调整、装置运行不稳定等因素影响，时常发生二次接线接触不牢靠、辅助开关变形等故障，导致直流开关误跳闸，严重影响直流供电安全和车辆正常运行。经过现场调查并从理论与实际结合的角度分析判断故障主要表象及原因如下。

2.1 二次接线接触不牢靠 南宁地铁1 号线直流开关柜二次接线端子采用卡簧式端子，在施工时由于有的施工人员未严格按照工艺要求对二次线缆的线头进行剥线和压接处理，结果极易出现接线端子卡簧卡在二次线缆表皮上、接线端子未压紧、接触不牢靠等问题，从而造成数据、信号采集不准确，引发跳闸。

2.2 辅助开关故障 进线柜以及馈线柜都是基于EN 50123/IEC 61992 标准的抽出式手车系统开关柜，由固定部分和抽出式手车部分组成，手车部分有4个逻辑意义上的位置即工作位置、试验位置、隔离位置、移开位置，其中“工作位置”、“试验位置”的位置信号由安装在柜体上的辅助开关采集，并经二次回路接入保护装置，以实现对开关柜手车位置的监视。在实际运行过程中，由于辅助开关行程不够、辅助开关变形、辅助开关触点磨损、辅助开关调整不到位等原因，导致保护装置采集不到手车的“工作位置”，引发跳闸。

2.3 直流快速断路器（HSCB）机械参数超标 为使直流快速断路器（HSCB）处于最佳工作状态，厂商在直流开关柜出厂时，都对直流快速断路器（HSCB）的机械参数进行了精调，但在运输、现场安装过程中，部分机械参数发生了变化，超出了标准值的范围，现场施工人员未再次进行核对和精调，导致机械参数超标而引发跳闸。

2.4 保护装置（sepcos）故障 为快速切除直流开关柜故障，在馈线柜中装配有sepcos保护装置，该装置主要由电源模块、处理器模块、保护模块、输入/输出模块及软件程序组成，集保护、控制、测量于一体，能够对直流快速断路器（HSCB）的工作状态、工作位置及馈线电压、电流情况进行监视，并能实现对直流快速断路器（HSCB）的分合闸控制功能。装置模块因质量缺陷、电压波动、受潮等因素影响，无法正常工作，软件程序因补丁更新不及时、数据交换出错等原因，重新复位和初始化，导致保护装置误动作。

2.5 框架保护电压继电器故障 当直流开关柜设备绝缘下降，设备对柜体外壳放电或短路时，为保障人身、设备安全，在负极柜中装有两套电流型框架保护和一套电压型框架保护。电压型框架保护采用电压继电器检测设备外壳对负极母排的电压，当电压超过整定值时，发出报警或跳闸命令。电压继电器由于封装时铆件超差、零件布置不合理、配件质量不合格、现场安装不规范等原因，继电器参数不稳定，高低温下参数变化大，运行过程中发生误报警、误跳闸。

3 对策措施

针对上述故障原因，笔者参与提出如下应对措施付诸实施后，取得明显效果。

3.1 对二次接线进行整治 组织供电检修人员对直流开关柜二次接线端子进行专项排查，调整、梳理二次接线，重新压接线头，检测二次电缆的绝缘，更换存在问题的电缆和端子排，确保二次接线牢固、可靠。

3.2 提高辅助开关动作可靠性 利用停电检修的时间，逐个对直流开关柜的辅助开关进行认真细致检查，发现问题及时处理；按要求调整辅助开关的传动杆，用细砂纸对辅助开关的触头接点进行打磨，及时清理辅助开关触头的灰尘，更换性能下降的辅助开关，确保动作可靠。

3.3 标准化直流快速断路器（HSCB）机械参数 逐个将直流开关柜的直流快速断路器（HSCB）拉至隔离位置，清除动、静触头表面污垢，给断路器（HSCB）机械传动部件涂油，测量、调整断路器（HSCB）机械参数，使之处于最佳工作状态，记录各部件的位置并用线号笔进行标识。定期检查各部件的位置，及时按照标识进行调整，确保直流快速断路器（HSCB）机械参数处在标准范围内。

3.4 提高保护装置（sepcos）运行稳定性 严格按照检修试验规程规定的周期和项目对保护装置（sepcos）进行检测，及时更换老化、误差超标的板件，合理调整设备房温度和湿度，稳定直流电源电压，及时更新软件程序补丁，定期备份保护数据和报文。

3.5 提高框架电压继电器运行稳定性 重新对框架电压继电器进行整定和校验，检查继电器的针脚和底座是否接触牢靠、继电器封装铆件是否稳固，更换烧损的触点，稳定继电器工作电压。

4 结束语

本文阐述了南宁地铁1 号线直流开关柜的应用、存在的问题及解决问题的对策措施，对降低南宁地铁1 号线直流开关柜故障，提高直流牵引供电安全有积极的保证作用。随着全国各地城市轨道交通建设的快速发展，研究直流开关柜的应用对降低城市轨道交通直流牵引故障、确保直流牵引供电安全有着十分重要的意义。