摘要：天津滨海新区轨电车模式，其供电系统采用接触网网上DC750V供电、负极采用接触轨回流至变电所模式；供电系统采用箱式变电站模式构建，正式运营时间已超过11年，本文在此背景下针对箱式变电站内直流绝缘框架产生的故障进行一系列的原理以及故障处理方法，可有效地改善绝缘耐压值与运营安全。
引言
天津滨海新区有轨电车，是采用接触网受电DC750V、接触轨回流的方式进行供电模式。该线路超过11年的运行，其箱式变电站内直流系统绝缘框架故障已出现较多次数，这种故障会导致直流馈线柜联跳等重大故障，针对数年的维修经验和设备管理经验，本文根据此种情况供电专业与多方厂家、专家进行现场技术沟通，通过以下正文维修手段，可有效控制故障的发生，并能提高箱式变电站运营安全水平。
1箱式变电站介绍
新交通箱式变电站采用户外型独立整体箱式牵引变电所模式，其内部包含交流系统：10KV母线、10KV路电源进线、10KV路电源出现、10KVPT柜、10KV计量柜、10KV牵引变压器馈线柜、10KV所用变压器馈线柜、所用变压器、牵引变压器；直流系统：牵引变压器整流柜、正负极柜、排流柜、母线柜、直流馈线柜、上网隔离开关柜；辅助系统：综控屏、交直流屏、EPS应急照明柜等。其原理是通过电力局10KV接口进线至箱式变电站进行降压整流，至750VDC（500VDC-900VDC）进行上网供电。
2直流框架绝缘的定义
箱式变电站中，直流供电设备采用框架绝缘，主要包括750V直流馈线柜、整流器柜、正负极柜等。当直流设备内的750V正极对设备外壳发生泄露时，如不及时切除，易将故障扩大至750V正极通过设备外壳对负极造成短路事故，其瞬间有可能造成几万安培短路电流，造成严重触电、人身事故影响和危害。直流框架绝缘是对以上内容的防护，对运营安全和人身安全起到重要作用。其原理如下图所示。
直流杂散电流原理
3绝缘框架保护分类
绝缘框架保护分为电流型框架保护及电压型框架保护两个种类。电流型框架保护是通过一个电流元件检测框架对地质检的电流，当达到阈值后，电流型框架保护会启动。电压型框架保护是通过一个电压保护元件检测框架对负极质检电压，当检测到的电压达到阈值后，并达到设定延时后电压型框架保护会启动，且本箱式变电站直流牵引系统全部跳闸，闭锁直流馈线器重合闸。
新交通采用前者电流型框架保护。
4框架绝缘下降存在的危害
当直流系统框架绝缘下降时，对新交通箱式变电站产生两方面危害。其一是住回路绝缘故障时框架泄露保护电流元件保护的可靠动作，这样会产生柜体框架直接与系统地短接；其二是框架电流元件的误动作，这样会使得多点接地，由于地电位的差异产生流经框架泄露的保护电流。其原理图如下图所示。
直流绝缘框架原理图
5新交通绝缘框架现状
由于长时间运营，加之箱式变电站长期通风效果不理想，处于恶劣露天环境地面以及潮湿的环境，造成直流框架绝缘性能下降，2016年有两个变电所绝缘耐压不合格为300KΩ以下，2017年有两个变电所绝缘耐压不合格为260kΩ以下。新交通箱式变电站直流绝缘框架总体有逐年下降趋势。
6关于绝缘框架性能下降的预想和判断
根据车辆段和十二大街变电两个箱式变电站测量设备柜体绝缘值较低的现象，经过现场检测，判断有如下原因：
其原因一为长时间使用绝缘垫板和地脚螺栓有老化绝缘失效的可能，解决方案为直流设备需要一一抬起测量和更换绝缘垫；
其原因二为箱式变电站地基部分潮湿而上升的水汽，致使灰尘或铁屑贴附于直流设备柜体绝缘垫与地基部分；
其原因三为直流柜体与地基结合部有紧固螺栓、绝缘螺栓垫片组成，绝缘螺栓垫片可能破损，导致紧固螺栓与地基相连，造成绝缘性能下降；
其原因四为直流柜体后部与墙体之间，有可能被潮气和空气中灰尘混合物占据，造成直流柜绝缘性能下降；
其原因五为直流系统设备辅助用电110VDC为交直流屏所供应，有可能交直流屏110VDC线破损造成与大地之间绝缘性下降。
箱式变电站外部图，如下图。
图3 新交通有轨电车箱式变电站外部图
7绝缘框架性能下降的解决方案
针对上述预想和判断，我们分析现场情况，制定出故障解决方案：
7.1针对方案中提到“将直流设备柜一一抬起”的作业方式，虽能彻底解决问题，但箱式变电站需要吊装、拆除顶部等一系列的方法，对箱式变电站架构和整体设备造成很大的影响，不仅时效性差，而且变电站内屋顶低矮，距离直流设备柜顶不足半米，没有足够的作业空间。（吊顶内安装空调及排风管道、龙骨，烟感报警、视频设备等。若拆除屋顶作业，须将所述设备一一拆除。）变电站周围空间狭小，大型工程车和机械工具进入现场有困难。并且绝缘板多年未出现损坏，损坏概率较小，本维修方案为较不可行方案，待其他方案不能彻底解决问题后，方可使用本方案。
7.2针对原因二、原因三提到箱式变电站地基部分潮湿而上升的水汽，致使灰尘或铁屑贴附于直流设备柜体绝缘垫与地基部分造成绝缘下降，以及直流柜体与地基结合部有紧固螺栓、绝缘螺栓垫片组成，绝缘螺栓垫片可能破损，导致紧固螺栓与地基相连，造成绝缘性能下降。我们制定的维修方案为：
A依次将直流设备柜柜门打开，对各个底座螺丝进行拆除并清洁。
B用毛刷将每个柜体的各个角落、间隙、孔洞进行仔细的清扫。清扫完毕后，接着用吹风机进行吹风除尘。另外，将750V馈线柜小车拉出，对小车内空间进行清扫除尘。
C清扫除尘完毕后，使用酒精、抹布对各个柜体角落及地面进行擦拭。
D擦拭完毕后，确认无尘土，清理作业现场。
7.3针对原因四提到的。我们制定的维修方案为：
AA依次将直流设备柜柜门打开，用毛刷将每个直流柜体的后背部的各个角落、间隙、孔洞进行仔细的清扫。清扫完毕后，接着用吹风机进行吹风除尘。
B清扫除尘完毕后，使用酒精、抹布对各个柜体角落及地面进行擦拭。
C擦拭完毕后，确认无尘土，清理作业现场。
7.4针对原因五提到的直流系统设备辅助用电110VDC为交直流屏所供应，有可能交直流屏110VDC线破损造成与大地之间绝缘性下降。我们制定的维修方案为：
A关闭交直流屏供电功能，并且将110VDC引出线自交直流屏的部分断开；
B断开直流设备所有110VDC的供电线；
C检查没一根直流设备的110VDC供电线的对柜壳绝缘性；
D恢复110VDC供电。
8绝缘框架性能下降的解决效果
通过对上述方案不停的使用（除方案1），以及对天气潮湿度敏感度的判断，最终在11月底，将直流框架绝缘性能故障解除，解决效果明显，总结出两点内容：
A直流柜底部绝缘板并未破损，但在底部与螺栓孔之间发现部分铁屑和残留灰尘；
B天气潮湿度对绝缘性能影响很大，特别是每年7月8月及年初2月3月期间，温差大、潮湿度高的环境下，绝缘性能很容易下降。
9总结
综上分析可知，本文主要针对新交通供电直流系统设备绝缘框架下降问题进行问题的分析和相应的方案制定，通过多次对直流系统设备框架故障的现场处理，可以得出相对于新交通绝缘框架故障问题的解决经验，这不仅为新交通直流设备系统绝缘框架故障提供有效的解决处理方式，也为广大箱式变电站直流系统绝缘框架故障提供了有利的依据。
参考文献
[1]何其光，牵引变电所运行与检修，中国铁道出版社，1990[M]。
[2]李玉坤，供电设备运行与检修，中国铁道出版社，2000[M]
[3]赵垒，地铁牵引变电所一起直流系统接地故障的处理，引自《机电信息》2013，[J]
[4]胡继刚，地铁直流牵引变电所的保护原理分析，引自《工程技术》2017，[J]
论文作者:周鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
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