交直流屏直流设备欠压故障分析

交直流屏直流设备欠压故障分析

刘琉荣

（长沙市轨道交通运营有限公司410000）

摘要：交直流系统是轨道交通变电系统的重要组成部分，其运行的稳定性直接关系到地铁供电的安全。本文针对长沙地铁变电所某厂家供货的交直流屏调压装置故障，就其过程、方法及原因展开分析并提供解决方案，以期提供类似参考。

关键词：交直流屏；地铁变电；调压装置；故障分析

一、系统介绍

长沙地铁直流屏采用两路AC380V交流输入，两路交流电取自交流屏的两段母线，通过互锁接触器，两路电源互为备用，当一路交流异常时，自动切换到另一路交流供电。交流输入到直流模块，保证直流模块始终正常运行。

正常供电时，直流模块输出到合闸母线，对蓄电池组进行充电或浮充电，同时通过调压硅链降压，输出到控制母线，各馈出回路接入控制母线，为全所经常性直流负荷提供电源。

蓄电池接入合闸母线，向冲击负荷供电。当交流失电，直流模块无输出时，蓄电池不间断的通过硅链降压后，输出到控制母线，为全所经常性直流负荷提供电源。

系统二次线的控制回路直流电源,主监控器的供电电源等，取自控制母线,直流电压DC110V。系统原理图如图1：

图1系统原理图

二、故障概况

1）2016年3月28日下午15点33分长沙地铁A站发生直流馈出电压欠压故障，造成该站211、212、213、214直流断路器跳闸，联跳邻所两个站的211、212、213、214直流断路器，导致三个站上下行接触网四个供电分区停电。实测现场设备直流屏馈出电压只有84.5V左右，输出欠压；说明控制母线电压欠压，测量合母电压为121V，说明充电、电池电压正常；调压硅链7级降压，判定硅链调压系统存在故障。进一步检查，发现转换开关接线端子严重锈蚀，在自动调压模式下，档位失效无法调压，硅链直接降压7档，控母电压降至最低。

2)2016年4月11日早上8点50分长沙地铁B站发生直流馈出电压欠压故障。造成该站213、214直流断路器跳闸，联跳邻所站211、212直流断路器，导致两站上下行两个接触网供电分区停电。现场发现直流屏馈出电压只有85V左右，输出欠压。经查直流屏主监控供电异常，导致调压硅链调压不可控，直流供电电压直接降到85V左右。进一步检查，发现直流供电输出欠压导致24V电源适配器损坏，导致主控失电不工作。

三、故障原因分析及技术问题

1、原因分析

1)A站出现的欠压故障，主要是因为交直流屏较为关键的器件－转换开关的严重锈蚀，最终导致转换开关的调压档位失效，硅链调压控制功能失灵，造成硅链全级7级降压35V，直接把电压调至最低。最后造成的结果就是直流屏控母输出欠压，电压低至75V左右，低于直流断路器合闸线圈保持电压邻界值，导致直流断路器跳闸。

2)B站出现的欠压故障，主要是因为交直流屏关键的器件－主监控供电电源的损坏、导致主监控不工作，相关数据的接收及指令下发失效，主监控无法实时监控到整个调压装置的状态，造成硅链全级7级降压35V，直接把电压调至最低。最后造成的结果就是直流屏控母输出欠压，电压低至78V左右，低于直流断路器合闸线圈保持电压临界值，导致直流断路器跳闸。

2、存在的问题

1）设备安装前期环境潮湿严重，导致部分设备锈蚀，影响相应设备的功能实现。

2）调压硅链冗余度不够，一旦出现问题，将失去直流电压的调节功能，对设备的安全运行带来非常大的风险。

3）调压硅链在调整直流电压过程中，调整的最低电压低于设定值，存在不稳定调压情况发生，严重影响设备安全可靠运行。

4）交直流屏关键设备在防潮措施上存在漏洞，导致设备存在严重锈蚀的情况，为后期的运行埋下非常大的隐患。

3、关键设备的功能

整个调压装置由降压硅链、转换开关、硅链控制器、主监控、电源适配器等组成。调压硅链由7组大功率的二极管串联组成，每组二极管可降压5V，整体可降压35V。硅链控制器采用大功率的继电器组成，继电器供电采用12V直流电源供电，主要调节7组大功率的二极管的自动投入组数。转换开关用于实现手动调压和自动调压的切换功能，手、自动调压均7档可调。主监控用于处理整个调压装置的数据采集及下发相关指令。24V电源适配器为主监控器供电。工作原理框图如下图2所示。

图2工作原理图

四、解决措施及结论

1、结合现场反馈的状况，经故障原因分析后，为避免相同的问题造成同一故障再次发生，同时满足现场供电需求，需将站内直流屏中主监控供电电源适配器进行更换。

2、结合现场反馈的状况，经故障原因分析后，为避免相同的问题造成同一故障再次发生，同时满足现场供电需求，将交直流屏存在锈蚀的转换开关进行更换。

3、因为整个调压装置是由不同的器件组成，单个关键器件的故障会影响整个硅链的调压输出，为保证控制母线最低电压需求，将对硅链的调压档位，由原来的7级硅链改为3级硅链参与调压输出。

4、考虑到现场设备已投入运行，为使整个改造过程做到最经济，用时最短，工作量较少，对设备的改动最少，减少设备的损害，把硅链的输出由第7节二极管，短接到第3节二极管，也就是把硅链继电器内两处常开节点进行短接，从而取消掉四级硅链调压。改线内容见以下红色线。

图3设备修改图

新增加一组调压装置，采取一用一备的方式，备用调压装置处于热备用状态，增加冗余度，保证调压系统的可靠性。

5、全线排查交直流屏所属设备锈蚀程度，锈蚀较轻者现场处理，锈蚀严重者更换相应备件。

五、总结

直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置等提供可靠的直流电源，它还为操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着重要的作用，是变电站安全运行的保证。若有类似故障，可以参照此方法对故障进行相应的分析，在条件允许的情况下可以进行技术改造，从而降低故障发生的概率，提高设备的稳定性。

参考文献

[1]金静.地铁交直流电源装置常见故障分析及预防措施[J].科技创新与应用.2014(33)

[2]王利刚.交直流电源充放电回路技术改造浅析[J].科技风.2016(02)