浅析可视化接地柜故障原因分析及预防措施

王秉学，田 力，张桂林

(1.郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 450000;2.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

地铁日常运营过程中，接触网供电的可靠性直接关系着车辆的正常运行，因而接触网日常检修和维护显得尤为重要[1]。目前，传统验电接地方式已无法满足检修作业对安全和效率的要求，取而代之的是可视化接地系统。该系统在有效保证人员和设备安全的前提下，提升了接触网检修作业效率。但在使用过程中，可视化接地柜设备所出现的各种故障成为不得不解决的问题。

1 可视化接地系统构成

可视化接地装置采用集中管理、分散布置模式，分层、分布式系统结构，由设置在控制中心的中央级服务器和工作站、每个牵引变电所的站级监控主机和可视化接地装置以及通信网络等组成[2]。

接地开关控制采用三级控制方式，即控制中心的远程控制、接触网工班和车站接触网设备室的站级控制、接地装置的本体控制，三种控制方式相互闭锁，以达到安全控制的目的。

在控制中心设置中央服务器和工作站、在车场接触网工班设置站级系统管理工作站、在每个配有牵引变电所的车站、车辆段和停车场设置站级可视化站级监控主机，每个牵引变电所的轨行区和停车场的可视化接地装置需通过光纤网络接至站级监控主机，站级监控主机通过通信系统提供的10/100 M以太网口与控制中心通信，实现数据通信和远程控制。

2 可视化接地系统典型故障

2.1 远动分闸失败

2.1.1 实际案例

某地铁公司，在当天施工作业结束电调远程送电期间，电调通过可视化接地系统全线程控分闸过程中，可视化接地工作站显示某站一台可视化接地柜地刀分闸失败，随即电调对该台可视化接地柜地刀单操失败，程控、单控均无法分闸。接触网检修人员随即赶往现场查看，发现可视化接地柜合位指示灯亮，闭锁控制器处于关机状态，现场将转换开关转换至接地分闸位，电操分闸地刀无响应。

通过以上故障现象，对现场设备逐项开展排查：(1)可视化接地柜合位指示灯亮，则外部电源有电；(2)通过可视化接地系统复示终端可以实时监控到该台可视化接地柜地刀的实时画面，排除通信中断情况；(3)通过查看闭锁控制器状态，未发现烧损情况；测量闭锁控制器电源正负极电压为0 V，正极电源线对地电压为0 V，判断该故障为控制器正极无压导致控制器无电，经处理后闭锁控制器恢复正常，接地、远方操作均正常，表明闭锁控制器本体无故障。通过万用表对闭锁控制器正、负极端子分别对地测量，查明为正极无压导致控制器无电。

2.1.2 故障分析

通过以上故障现象和现场处置流程分析可知，由于该设备内部接线较多，而且设备安装在轨行区内，列车长期运行引起的振动可能导致内部接线松动，造成设备元器件出现故障而不能正常工作。

2.2 远动合闸失败

2.2.1 实际案例

某地铁公司在施工作业开始前组织全线停电挂地线时，发现某站一台可视化接地柜地刀合闸失败，迫使检修人员临时对该站越区开关进行合闸，暂停使用该供电分区的可视化接地柜。

通过以上故障现象，对现场设备逐项开展排查：(1)该台可视化接地柜“遥信”“遥测”“遥视”功能均正常，因此排除电源故障；(2)对本站和相邻牵混所站隔离开关状态进行确认，闭锁条件满足该台可视化接地柜合闸的闭锁条件；(3)通过对通讯屏查看，在可视化接地柜拒合过程中并未出现通信中断的报文，可排除接地柜未收到正确遥控指令的故障；(4)对验电闭锁控制器进行排查，发现验电闭锁控制器无破损、接线无松动；检查分合闸接触器状态无异常、无卡滞现象、接触器上接线无松动，可排除合闸接触器故障；对一次室内合闸回路相关触点进行测量、排查，发现接线存在虚接情况，因此造成接地柜电动操作机构拒动。

2.2.2 故障分析

通过以上故障现象和现场处置流程分析可知，造成设备元器件出现故障的原因为接线存在虚接情况，导致设备不能正常工作，而出现这种情况的原因可能有设备焊接和接线压接的处理工艺存在问题、固定线头的螺栓出现松动、焊接点老化等。

2.3 可视化接地装置通讯异常

2.3.1 实际案例

某站某台可视化接地装置与通信机之间通信中断，通过分析通信报文确认装置间物理链路正常，可视化接地装置控制器能够收到通信机报文，但未能向通信机发出报文。该故障发生后，现场将控制器重新断电重启，恢复正常。

2.3.2 故障分析

通过对该控制器软硬件分析发现：(1)硬件测试无问题，各硬件模块均运行正常；(2)软件测试发现控制器主程序版本程序与该线路控制器需求的版本不匹配；(3)经了解，测试人员在调试时为了保证同地区项目都使用相同版本程序，现场将该公司两条线路接地柜控制程序修改为一致，造成版本程序与现场接地柜控制器通信模块程序不匹配；(4)评估发现，控制器版本程序运行正常，且功能上没有问题，但在复杂的通信环境下长时间与现场通信机通信，存在发送缓存区减少的风险，进而丢失部分或全部缓存区而导致通信中断。

2.4 可视化接地装置电压异常

2.4.1 实际案例

某站某台可视化接地装置出现验电电压异常告警，后台显示电压一为1575 V、电压二为1149 V，故障发生时初步怀疑为电压传感器故障，更换电压传感器后故障并未消失；更换控制器后电压二故障消失，故障消除。

2.4.2 故障分析

对电压采集回路进行测试，根据接地柜硬件结构分析，电压传感器二次侧与验电锁、直流验电闭锁控制器电压采集模块为并联关系，给电压传感器加模拟电压，对传感器输出进行测量。

首先，选取直流验电闭锁控制器A、B为电压一采集回路，C、D为电压二采集回路，将A、B、C、D端子接线与控制器剥离，给电压传感器1和电压传感器2一次侧施加模拟电压，用万用表直流档测量A、B导线之间电压及C、D导线之间电压，发现其输出电压一致，并符合电压传感器输出值。

然后，将A、B、C、D导线接回端子，给电压传感器1和电压传感器2一次侧施加模拟电压，用万用表直流档测量A、B之间电压及C、D之间电压，发现C、D之间电压明显低于A、B之间电压，可判断为直流验电闭锁控制器电压二采集电路出现故障。

经过分析，电压二采集回路中保护电路的TVS管特性变差导致采集电压二下降，现场对故障接地柜控制器进行更换，电压二采集电压正常。

2.5 直流电缆故障分析

地铁直流电缆有大量的应用，运行中电缆故障较多，总体包括机械损伤和绝缘性能下降两大类。

电缆机械损伤的原因主要包括电缆弯曲半径过大导致受外力过大破损、温度变化引起电缆热胀冷缩发生相对移动挤压破损等。电缆敷设过程中要充分考虑现场安装条件，尽可能地将硬性接触转变为软性接触，弯曲半径符合设计要求，同时考虑预留因热胀冷缩变化电缆移动的位置。

电缆绝缘降低的原因包括泡水、环境潮湿、绝缘层受化学腐蚀、长期超负荷运行、电缆头施工工艺不符合要求等。

根据目前可视化接地系统主流安装方式及可视化接地柜工作环境分析，可视化接地柜处直流电缆故障主要表现为绝缘性能下降，造成绝缘性能下降的主要原因是长期积水潮湿影响或者个别位置处电缆长期泡水。

2.6 摄像机不录像故障分析

作为可视化接地柜重要部件的摄像机目前制造工艺成熟、性能稳定，但运行过程中也可能出现下列故障：(1)二次接线松脱、错误、短接造成摄像机不工作；(2)元器件设计、选型不合适，安全系数选取过低等原因；(3)摄像头失电，变电所电源空开跳闸、电源线端子头损坏；(4)维护周期太长，检测不到位。

3 结语

以上介绍了可视化接地系统的组成部分，并指出了六类可视化接地系统常见的故障及原因分析，着重列举实例介绍了远动分合闸失败、通信异常、电压异常的原因。针对深层次故障原因进行分析，得知在可视化接地装置系统维护过程中，要对二次接线的端子进行紧固，同时要时刻关注关键设备周边的环境变化情况，如装置周边或上部漏水应及时进行堵漏处理，避免发生短路或绝缘降低造成可视化接地柜故障。人防加技防，保证可视化接地装置平稳工作，进一步提升作业效率。