南宁地铁2号线40.5 KV开关柜应用浅析

2021-12-04黄锦云

铁道运营技术 2021年2期

黄锦云

（南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司，工程师，广西南宁 530000）

40.5 kV开关柜作为衔接交流35 kV环网与直流1 500 V系统、交流低压400 V系统的纽带，在地铁供电系统中起着至关重要的作用，一旦发生故障，引发开关跳闸，将会造成某座车站甚至是数座车站交流35 kV 环网、直流1 500 V 系统、交流低压400 V 系统供电中断，导致电客车停车，严重影响旅客的生命、财产安全。笔者试对40.5 kV 开关柜在南宁地铁2号线运用中出现故障和问题进行分析，研判成因，提出整改建议。

1 40.5 kV开关柜主要功能

南宁地铁2 号线设有9 座降压变电所和9 座牵引降压混合变电所，共计安装有173 面40.5 kV 开关柜，在降压变电所和牵引降压混合变电所内，40.5 kV 开关柜接收来自交流35 kV 环网的电能，通过柜内母线和开关对电能进行分配，分别向整流机组和动力照明负荷供电。开关柜采用户内型、SF6 气体绝缘、铠装式金属封闭结构，包括柜体、高压室、低压室、电缆室、柜间连接、操作机构等模块单元。模块单元中设有主母线、断路器、三工位开关、电压（流）互感器、避雷器（带智能监测器）、母线连接器、微机保护测控单元、GOOSE 网络交换机、电缆插头等主要元器件，以及带电显示装置、断路器/三工位开关操作手柄、钥匙、主母线连接装置、堵头、地脚螺栓、柜间连接件等附件。40.5kV 开关柜根据排列布置和使用功能的不同，主要分为进线柜、出线柜、馈线柜、母联柜和PT柜，具体功能简介如下：

1）进线柜的主要作用是在系统正常运行方式下，将来自主变电站或相邻变电所的35 kV 电源引入本所，供所内设备使用。

2）出线柜的主要作用是在系统正常运行方式下，将本站变电所的35 kV 电源引向相邻变电所，供邻所设备使用。

3）馈线柜的主要作用是接收来自本站进线柜的35 kV 电能,经过分配，向所内整流变压器、配电变压器、SVG等设备提供电源。

4）母联柜的主要作用是连接或者分段变电所两段母线，调整运行方式，确保变电所母线检修时的作业安全。

2 40.5 kV开关柜存在主要问题

由于40.5 kV 开关柜在结构设计、现场配线、零部件安装过程中存在不同程度的缺陷，在交接试验和实际运行过程中，发生母线连接器耐压试验击穿、GOOSE 网络交换机过热、磁流体密封装置漏气等故障，严重影响40.5 kV开关柜的运行安全。

2.1 母线连接器击穿南宁地铁2 号线40.5 kV 开关柜在开通前的交接试验中，出现多个车站母线连接器耐压试验时击穿问题，经排查，主要原因一是安装互感器时，由于开关柜内部空间狭小，母线连接器表面受到互感器反复挂蹭，外屏蔽层和绝缘层遭到破坏，导致绝缘性能减弱而击穿。二是安装母线连接器时，橡胶表面与环氧表面采取有效的排气措施，导致母线连接器与环氧套管之间存在空气间隙，整体绝缘性能减弱，最终导致击穿。

2.2 结构设计存在缺陷由于设计制造缘故，所有40.5 kV 柜的结构、尺寸几近相同，但由于开关柜承载的功能并不一致，其柜内的元器件种类、规格、数量也会有差别，这就造成了部分开关柜内元器件分布均衡，而部分开关柜内元器件非常紧凑的情况，部分元器件安装时甚至超出了柜体的结构范围。开关柜内元器件安装过于紧凑极易导致门锁与柜内导线相磨、转换开关操作时与柜内元器件刮碰、GOOSE网络交换机过热、网线松脱等问题。

2.3 二次接线不规范在施工现场，柜与柜间的接线、端子排至柜内元器件的安装接线大多是由施工单位及元器件的供应商完成。接线时，由于施工单位和设备厂商人员在工艺要求、工序做法、接线习惯上存在差异，且未能与开关柜内原有接线协调匹配，造成了柜内预留光缆遮挡端子排、导线导体裸露、端子排接线未压紧、接线未落入线槽等问题。

2.4 磁流体密封装置漏气为保证开关柜内主导电回路具有较高的绝缘强度，开关柜的高压带电部件安装于充有一定压力的SF6 封闭气室内，确保完全不受外界大气条件影响，SF6 气室采用磁流体密封装置进行密封。磁流体密封装置属精密器件，对制造、安装工艺要求较高，稍有瑕疵，就有可能会导致装置失效造成漏气。南宁地铁2号线40.5kV开关柜在投运初期，先后在朝阳广场站、秀厢站发生了磁流体密封装置漏气问题。

3 40.5 kV开关柜问题整改措施

3.1 确保关键部件安装质量进行母线连接器、三工位开关、断路器等关键部件的安装前，应先对安装环境进行检测，具备安装条件后，由设备厂商专业人员负责安装和对所有参数进行检测和调整，确保所有参数在标准范围内。

3.2 优化开关柜结构设计要求开关柜厂商按照运营单位需求，对柜内所有元器件的位置、柜与柜间的接线进行统一协调和布置，增加网络交换机专用支撑装置，改进转换开关结构，重新设计门锁，新增散热制冷风扇，调整接线端子方向。

3.3 规范二次回路接线制定开关柜二次接线标准工序，对开关柜二次接线电缆规格型号、芯线连接、电缆绝缘、屏蔽接地、标识标牌等进行专项排查，重新紧固电缆芯线与电气元器件的连接，去除受损的电缆芯线，更换存在接头的电缆，调整、梳理二次接线排列，重新压接多股芯线线头，摇测二次电缆的绝缘，增设专用屏蔽接地铜排，确保二次接线牢固、可靠。

3.4 提高开关柜气密性采用先进焊接技术，提高焊接质量，开关柜焊接完成后，对焊缝进行专项处理，确保焊缝不漏气。选用技术成熟、稳定、性能良好的专用密封装置，安装前、后均须对密封装置进行检查和测试，确保密封装置运作正常。适当调整开关柜气室与大气的压差，使SF6 压力处于合理范围。现场吊装开关柜时，轻拿轻放，避免磕碰导致密封部件变形。定期检测SF6 压力，发现气压降低及时进行补气。

3.5 其他方面的思考在城市轨道交通供电系统中，40.5 kV 开关柜一般处于长期受电状态，良好的运行环境是开关柜具有较高安全性、稳定性、经济性的前提。因此，要进一步提高开关柜的性能，可合理设置开关柜的温湿度，加装除尘滤网，净化通风，减少进入开关柜内部的尘埃量，对进出开关柜的电缆孔洞进行封堵，防止潮气和小动物进入开关柜，同时制定完善的开关柜检修维护制度，逢停必扫，定期开展电缆头检查维护，确保开关柜绝缘始终保持良好状态。