（苏州大学机电工程学院 江苏省苏州市 215021）
摘要：本文通过统计国内某地铁企业运营数年来供电系统的故障案例，主要针对供电系统直流牵引故障进行原因分析，将故障原因分为设备元件故障、人员违章操作、外部异物侵限等几大类，每大类再分析其具体原因，找出薄弱环节，并提出应对措施。
关键词：地铁；供电；故障分析；解决措施
1 序言
轨道交通是一个现代化城市的生命线，而供电系统则是为轨道交通提供通信、牵引、动力、照明等一切设备能源的重要部分，地铁供电系统包括外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统等。供电系统的安全稳定运行是城市轨道交通实现快速、高效、便捷输送乘客服务的保障，一旦出现供电故障将在不同程度上影响地铁的行车、客运服务。因此，对供电系统故障分析和应急解决措施的研究有着深远的意义[1]。
本论文选取了国内某地铁企业2012年至2014年三年间涉及供电系统的有代表性的故障事件案例共29起，分析了造成供电系统直流牵引故障的主要原因，找出供电运营维护的薄弱环节，并提出针对性的措施。
2 故障原因分析
选取的29起供电系统故障事件案例故障原因分布情况统计结果如表1。通过分类统计可见，发生在直流开关柜、接触网及35KV开关柜等设备的故障较多，其中，高压交直流开关柜及接触网的故障发生率总体较高，即直流牵引部分的故障案例共17起，占故障总量的59%，比重最大，然而该部分的供电故障对接触网的影响也是最直接的，行车、客运服务受影响面最大，对行车组织应急处置的要求也最高。
2.1弓网设备故障
刚性接触网在长期使用过程中会出现汇流排“蛇形”扭曲变形、锚段关节处汇流排绝缘子损坏、接触线脱槽等常见问题，导致弓网间出现拉弧。由弓网关系不良也容易引发故障。刚性接触网弓网关系一直是业界难题，主要原因是：与柔性接触网“之”字形布置不同，刚性接触网采用正弦形布置，加之刚性接触网本身弹性不佳，造成了电客车受电弓碳滑板在接触网拉出值范围内的不规则磨耗，并且在拉出值的边缘及中部形成凹槽。受电弓的不规则磨耗和凹槽又造成了接触线的偏磨，如此往复，恶性循环，加速了弓网关系的恶化。在电客车高速运行过程中，受电弓凹槽与接触网反复拉扯撞击，因弓网关系不良导致受电弓打火、车辆辅助逆变器故障的现象也时有发生[2]。
2.2人为因素
人为误操作是导致接触网事故发生的主要隐患之一，在汇总的案例样本中就发生过三起因人为误操作导致的接触网短路事件，占触网事故总数的33%。作业部门在安全管理上存在疏忽，安全意识不足，是导致此类事件的重要原因。往往现场施工人员对接触网断电监管流程不清，监护人员未能起到安全监护的作用，导致接触网断电流程缺少关键步骤的安全卡控；未按规程进行验电作业，便开始封挂地线，从而导致接触网打火。另外，地铁行业的特殊性决定了一切供电设备必须在运营结束后停电检修，施工人员在夜间作业在精神上势必会有所松懈，长时间作业亦会导致身体疲劳，这就大大增加了人为误操作的可能性，确认挂接地线的位置、执行一人操作一人监护的流程等方面都有可能出错，而造成人身及设备的损伤。
2.3异物侵限
异物侵限是导致直流设备跳闸影响接触网正常运行的重要因素之一。施工遗留无关物品、隧道内壁漏水、乘客带入气球、高架线路遇飘浮塑料袋缠绕等对接触网的干扰都会导致运营中断，此类情况下，都需第一时间停电处理，取出异物。目前，轨道交通的牵引供电方式主要有柔性接触网、刚性接触网及接触轨三种，针对地下隧道内线路一般采用刚性接触网，隧道内空间相对封闭，新建线路普遍采用屏蔽门分隔站台与隧道区域，侵限的异物主要来自于施工遗留物品，如铁丝，而高架区段牵引供电部分一般采用柔性接触网，高架区间与室外环境无明确分隔，接触网受异物侵限的可能性就较大，如气球、塑胶袋等。
2.4雷击
轨道交通露天段的接触网设备经常会因雷击而引致跳闸，一种是直接雷击，雷电直接电击到接触线、电缆导线或者电线支柱上，使得接触网产生雷击过电压，这些过电压层层叠加后可产生几千伏的电压，造成接触网设备的损害；另一种是感应雷击，雷电电击到接触网附近，在对地放电后，空气中不断变化的电磁场在接触网上产生数百甚至数千伏的感应过电压，从而引起跳闸事故发生。
2.5开关柜本体故障
开关柜本体问题也是导致供电故障发生的一个重要因素。断路器设备内部控制回路和保护回路的元件故障，如接线松脱、合闸保持电阻损坏，或是设备参数设定值有误、先期设计存在缺陷，都在统计样本中出现相应故障案例。
3 预防解决措施探讨
3.1设备配置优化及故障预防措施
合理设置直流系统继电保护配置，各项保护相互配合做到灵敏、可靠、速动，并覆盖全保护范围。加强对直流电缆的保护，制定故障预警措施，实时监测设备状态及其变化，并且建立一系列预警体系。对二次设备进行检测与状态评估，做好先期设备功能结构的学习掌握，以便故障发生时迅速查明故障点，及时高效更换故障元件。制定合理高效的应急处置流程，加强故障模拟演练，时刻为故障应急处理做好人员物资的双重准备[3]。通过对框架保护设备进行优化设置，对两台整流器柜、直流开关柜各设置一套单独的电流元件，可以隔离整流器故障导致框架泄漏保护动作的影响范围，保证了直流系统运行的可靠性和灵活性，缩短故障发生后判断故障点的时间[4]。
3.2 从技术和管理两方面规范人员操作
对于人员违章操作的问题，违章事件主要发生在车辆段内由车辆专业人员实施的对单个股道的停送电和接挂地线作业中。对此，要从技术和管理两方面采取针对措施。技术上对控制单股道供电的手动隔离开关加装性能可靠的五防系统，避免人员跳步操作。管理上要细化作业组织流程，停电-挂地线-拆地线-送电要分步授权，从命令发布，设施（“五防”钥匙和机械钥匙）发放、台账填写、操作监护等方面保证每一步操作的正确性。为了减少人为误操作的可能性，可考虑使用接触网可视化接地系统，实现远程操作与监控现场分合地刀，以达到减少挂接地线人力成本及人为误操作可能性的目的，提高施工作业效率及作业安全性，节省挂接地线的作业时间。
3.3避免外部异物进入
针对外部异物：将氢气球列为违禁品，劝导乘客不要持氢气球进站乘车，避免氢气球进入轨行区。在大风天气加强对地面及高架线路的巡视，发现接触网附近的漂浮物及时处理，避免其缠绕接触网，或在列车经过时缠绕受电弓，使故障恶化。
4 结束语
直流牵引是主要向电客车供电的部分，直流牵引系统的供电中断将直接引起行车中断，因此，供电直流牵引系统是保证城市轨道交通运行可靠性的重要环节。本文通过分析某地铁企业近年来造成直流牵引部分故障的原因，剖析了供电系统运行中的薄弱环节，在此基础上探讨了针对性的预防措施。
参考文献：
[1]于松伟，杨兴山，韩连祥，张巍.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008，1：1-18.
[2]蔡立刚.地铁供电系统中刚性接触网常见故障及防范措施.城市建设理论研究（电子版），2014（6）.
[3]王璟.城市轨道交通接触网故障原因分析及预防措施.机电工程技术，2012（7）.
[4]裴顺鑫.地铁直流牵引供电系统框架泄漏保护的优化设计.城市轨道交通研究，2008，11（8）.
作者简介：
王迪（1988），女，硕士研究生，主要从事城市轨道交通供电系统监控与维护工作，wangdi@sz-mtr.com；
翁桂荣（），男，教授，导师。
论文作者:王迪,翁桂荣
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：故障论文; 供电系统论文; 作业论文; 设备论文; 地线论文; 轨道交通论文; 异物论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;