地鐵牽引變電所高壓直流開關(guān)無法合閘故障的處理

薛小強(qiáng) 趙 壘 王曉博

（西安地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，710016，西安∥第一作者，高級工程師）

西安地鐵2號線牽引供電系統(tǒng)是由牽引變電所將交流35 kV降壓整流為直流1500 V后，通過接觸網(wǎng)送與電客車自帶的受電弓將電能輸送給電客車使用。目前西安地鐵2號線正線采用剛性接觸網(wǎng)，車輛段采用柔性接觸網(wǎng)。車輛段柔性接觸網(wǎng)設(shè)置在戶外，劃分為2D1、2D2、2D3、2D4共4個供電分區(qū)，對應(yīng)車輛段牽引變電所211、212、213、214直流饋線斷路器。由于車輛段柔性接觸網(wǎng)設(shè)置在戶外易受外界環(huán)境的影響，造成在車輛段接觸網(wǎng)分區(qū)停電后產(chǎn)生殘壓的現(xiàn)象，從而影響牽引直流饋線開關(guān)的正常合閘，嚴(yán)重時會威脅到地鐵車輛的正常運(yùn)行。在西安地鐵2號線開通初期，就發(fā)生過因接觸網(wǎng)殘壓過高導(dǎo)致停電作業(yè)完成后由于饋線斷路器線路測試不通過，致使延誤接觸網(wǎng)正常送電的故障。

1 故障發(fā)生過程

2011年12月13日13：28，西安地鐵2號線渭河車輛段牽混所發(fā)生直流開關(guān)213無法合閘。當(dāng)日故障發(fā)生前檢修人員完成車輛段內(nèi)2D3分區(qū)接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開關(guān)及分段絕緣器檢修工作，并要求電調(diào)恢復(fù)2D3分區(qū)供電。在進(jìn)行213開關(guān)合閘時發(fā)生開關(guān)無法合閘，PSCADA（電力監(jiān)控系統(tǒng)）報文為“213開關(guān)線路測試不通過”、“斷路器閉鎖”。在進(jìn)行2次試送電后開關(guān)仍然無法合閘，并發(fā)現(xiàn)報文：“213開關(guān)線路測試不通過”、“斷路器閉鎖”（見表1）。

表1 故障報文截圖信息

檢修人員對接觸網(wǎng)2D3分區(qū)、213直流饋線開關(guān)進(jìn)行了檢查，但未發(fā)現(xiàn)異常情況；同時對213直流開關(guān)在試驗位進(jìn)行操作，開關(guān)仍可正常合閘；用兆歐表遙測2D3分區(qū)接觸網(wǎng)的絕緣，絕緣性能合格。

經(jīng)對故障現(xiàn)象進(jìn)行初步分析，故障原因應(yīng)是由于接觸網(wǎng)線路或直流斷路器不能滿足保護(hù)裝置線路測試功能的要求。在確定接觸網(wǎng)無故障后，為保證車輛段電客車的正常通行、盡快恢復(fù)接觸網(wǎng)的供電，搶修人員臨時決定通過車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)越區(qū)隔離開關(guān)實現(xiàn)2D1供電分區(qū)向2D3供電分區(qū)的越區(qū)供電。執(zhí)行此操作期間相應(yīng)開關(guān)工作正常，通過越區(qū)實現(xiàn)了2D3分區(qū)接觸網(wǎng)的送電。

2 故障原因的分析

2.1 線路測試功能的原理

線路測試功能，是斷路器在開關(guān)合閘前保護(hù)裝置對饋線接觸網(wǎng)進(jìn)行一次測試，并將所測數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對比，以確保開關(guān)不會合在故障線路上。

西安地鐵2號線直流1500V開關(guān)采用的是賽雪龍生產(chǎn)的SEPCOS保護(hù)裝置。其線路測試功能的原理是在斷路器合閘前進(jìn)行，保護(hù)裝置監(jiān)測直流開關(guān)母線電壓Ur、饋線接觸網(wǎng)電壓Uf，并根據(jù)情況對饋出側(cè)電阻進(jìn)行測量（見圖1），通過對所測數(shù)據(jù)（見表2）與設(shè)定值進(jìn)行對比，以判斷接觸網(wǎng)線路是否正常。

圖1 線路測試原理圖

表2 線路測試的參數(shù)

線路測試的各種情況如下：

A：Ur＜Uresidue，且Uf＞Uflow，直流開關(guān)直接合閘；

B：Ur＞Uflow，且Uf＞Uflow，直流開關(guān)直接合閘；

C：Ur＞Uflow，且Uf＜Uresidue，直流開關(guān)合線路測試接觸器，若測量到的線路電阻R≥Rmin，則斷路器合閘，否則閉鎖；

除上述A、B、C以外的情況斷路器均自動閉鎖合閘。

由以上原理可以看出，線路測試主要有兩個參數(shù)：一是線路測試殘壓；二是線路電阻。因此可從這兩方面入手對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。

2.2 線路電阻的檢查

故障發(fā)生后，搶修人員對接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了全面的檢查，無接觸網(wǎng)短路接地、絕緣子放電等異常情況，隨后采用2500V搖表搖測接觸網(wǎng)對地絕緣電阻為50MΩ。接觸網(wǎng)絕緣正常。在實際操作中，通過對2D3供電分區(qū)進(jìn)行了越區(qū)供電，接觸網(wǎng)正常，也表明線路絕緣符合要求，故排除了線路電阻過低或接觸網(wǎng)存在短路接地的情況。

2.3 線路殘壓的檢查

2.3.1 實測的線路殘壓

在故障檢修時直流斷路器分閘，2D3供電分區(qū)接觸網(wǎng)未送電情況下，經(jīng)對直流開關(guān)保護(hù)裝置所測的接觸網(wǎng)電壓進(jìn)行觀察，接觸網(wǎng)殘壓較高，最高殘壓約為341V。經(jīng)搶修人員多次觀察并記錄當(dāng)時接觸網(wǎng)殘壓值見表3。

表3 車輛段213開關(guān)保護(hù)裝置所測殘壓值

2.3.2 合閘失敗事件記錄的殘壓

對直流斷路器保護(hù)裝置SEPCOS中的事件記錄及線路測試的設(shè)置進(jìn)行了查看，設(shè)定值與設(shè)計整定值相同（見表2所列參數(shù)）；直流開關(guān)在多次試合閘失敗時保護(hù)裝置線路測試所測饋線接觸網(wǎng)的測量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時所測得接觸網(wǎng)殘壓分別為：324V、340V、318V、336V、334V。

根據(jù)保護(hù)裝置線路測試的工作原理：當(dāng)開關(guān)合閘前裝置所測饋線接觸網(wǎng)電壓大于保護(hù)裝置所設(shè)接觸網(wǎng)殘壓值Uresidue、小于線路最小工作電壓Uflow時，線路測試不通過，開關(guān)不能合閘且自動閉鎖。而當(dāng)Uresidue小于300V時，開關(guān)保護(hù)啟動線路測試、合線路測試接觸器，若測量到的線路電阻R≥Rmin則斷路器合閘，否則不能合閘并閉鎖。

2.4 故障原因

鑒于以上調(diào)查分析，車輛段213直流開關(guān)不能正常合閘的原因主要是：接觸網(wǎng)存在一定的殘壓，當(dāng)直流斷路器合閘前，2D3分區(qū)接觸網(wǎng)殘壓大于300 V，大于保護(hù)裝置中所設(shè)接觸網(wǎng)殘壓的設(shè)定值，且小于保護(hù)設(shè)定的最小工作電壓，保護(hù)裝置誤認(rèn)為接觸網(wǎng)可能存在短路或其它故障情況，因此自動禁止合閘并閉鎖斷路器。

3 故障處理

在確認(rèn)車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)無異常，2D3分區(qū)接觸網(wǎng)的殘壓不會對車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)備、牽引供電系統(tǒng)及行車設(shè)備構(gòu)成威脅的情況下，根據(jù)殘壓最高值多出現(xiàn)在300～378V之間，結(jié)合車輛段接觸網(wǎng)設(shè)置在室外、周邊環(huán)境較為復(fù)雜這一特點，決定將車輛段內(nèi)直流開關(guān)保護(hù)裝置線路測試中的接觸網(wǎng)殘壓設(shè)定值由300V修改為450V，以躲過目前車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)的實際殘壓最高值。在與供電系統(tǒng)總設(shè)計及設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員共同確認(rèn)方案后，對車輛段直流饋線開關(guān)的線路測試值進(jìn)行了修改。修改后，經(jīng)過3個多月的運(yùn)行檢驗和對車輛段牽引變電所直流開關(guān)及場內(nèi)接觸網(wǎng)觀察，設(shè)備狀態(tài)良好，能夠滿足正常運(yùn)行的要求，并且至今未再發(fā)生類似故障。

4 結(jié)語

針對2D3供電分區(qū)接觸網(wǎng)的殘壓和其它地區(qū)地鐵的運(yùn)行情況進(jìn)行了調(diào)研和了解，南京地鐵、天津地鐵、廣州地鐵等車輛段接觸網(wǎng)也發(fā)生過殘壓過高導(dǎo)致送電合閘不允許的情況，初步判斷線路殘壓可能是由于分段絕緣器、接觸網(wǎng)絕緣子受外界影響絕緣下降，相鄰分區(qū)未停電存在靜電感應(yīng)等原因造成。對殘壓產(chǎn)生的具體原因仍需在今后的運(yùn)行過程中進(jìn)一步進(jìn)行研究分析。

通過此次直流開關(guān)無法合閘故障的處理認(rèn)識到：車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)安裝在戶外，周邊環(huán)境比較復(fù)雜，接觸網(wǎng)易受外界環(huán)境影響而產(chǎn)生較大的殘壓；這一點在對牽引供電系統(tǒng)電力保護(hù)裝置功能的設(shè)置中應(yīng)充分予以考慮，以保證供電系統(tǒng)本身得到充分保護(hù)的情況下，確保不會對正常的牽引供電造成影響。

［1］上海市電力公司.變電運(yùn)行操作技能必讀［M］.北京：中國計劃出版社，1989.

［2］曹建忠.倒閘操作安全技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］張艷霞.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［4］鄭瞳熾，張明銳.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.