地鐵牽引供電系統(tǒng)自動重合閘探討

深圳市地鐵集團有限公司 王 鴻

地鐵牽引供電系統(tǒng)自動重合閘探討

深圳市地鐵集團有限公司 王 鴻

為了提高地鐵牽引供電系統(tǒng)的可靠性，直流饋線斷路器保護中通常設(shè)有線路測試和自動重合閘功能，大多數(shù)的直流饋線斷路器的線路測試次數(shù)設(shè)定為3次。本文介紹了地鐵牽引供電系統(tǒng)直流饋線斷路器的線路測試功能和自動重合閘的原理，通過分析深圳地鐵1號線牽引供電系統(tǒng)自動重合閘的案例，提出了優(yōu)化直流饋線斷路器的自動重合閘次數(shù)的建議。

線路測試；自動重合閘；地鐵；直流牽引供電

1 引言

深圳市城市軌道交通1號線供電系統(tǒng)采用集中式、110/35kV兩級電壓供電方式，牽引和動力照明共用35kV供電網(wǎng)絡(luò)，牽引供電系統(tǒng)采用架空柔性接觸網(wǎng)供電。接觸網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓為DC1500V，允許電壓波動范圍為DC1000～1800V，接觸網(wǎng)為正極，走行軌為負極。結(jié)合深圳地鐵1號線的運行情況可以發(fā)現(xiàn)，目前的供電方式運行穩(wěn)定、可靠，可以滿足地鐵列車的供電需求。

羅湖至機場東線路里程40.892公里，架空柔性接觸網(wǎng)長達134.35公里，由于架空柔性接觸網(wǎng)較長，特別是竹子林車輛段和高架站后瑞、機場東的架空柔性接觸網(wǎng)設(shè)置于戶外，所以接觸網(wǎng)容易受到外部條件的影響。除了狂風、暴雨、雷電、回南天潮濕天氣等環(huán)境因素外，還有風箏、孔明燈、上網(wǎng)電纜附近施工等人為因素，以及地鐵列車上的接觸器、逆變器、牽引電機等電器設(shè)備故障都會造成牽引供電系統(tǒng)的跳閘。

為了縮小直流供電系統(tǒng)故障的影響范圍，提高供電系統(tǒng)的可靠性和供電的持續(xù)性，減少地鐵列車延誤對市民出行造成的影響，地鐵直流饋線斷路器的保護裝置中除了設(shè)有本體大電流脫扣保護、電流上升率保護、熱過負荷保護、過流保護等功能外，還設(shè)有線路測試功能和自動重合閘功能。當外部設(shè)備發(fā)生瞬時性短路故障時，自動重合閘功能可以在1分鐘內(nèi)自動恢復正常供電。

2 線路測試原理及定值

當線路故障跳閘后，必須通過線路測試，驗明線路無故障后才能進行重合閘。如果線路測試未通過，則閉鎖重合閘。線路測試功能是通過計算饋電區(qū)段上的電阻值來確定饋電線路上是否存在短路，以避免在線路存在短路故障時合閘斷路器。主要原理是在直流斷路器兩端并聯(lián)一個電阻測試回路，通過它向待測線路段短時施加電流。通過測試電流值、電壓值、測試電阻值計算出線路段的剩余電阻，如果剩余電阻R_rest大于“允許合閘最小電阻值”定值，就判斷為線路測試通過，允許直流饋線斷路器合閘。

根據(jù)下式得到測試值：

U_rest =（I_p?R_p）+U_s

R_rest = U_s/ I_p

U_rest 剩余電壓

R_rest 剩余電阻

U_s 路段電壓

I_p 測試電流

圖1 線路測試原理圖

表1 線路測試定值

3 瞬時故障的自動重合閘案例

2017年05月03日08:51:04，深圳地鐵1號線前海灣牽引變電所211直流斷路器di/dt上升率瞬時保護動作跳閘，桃園牽引變電所213直流斷路器接收聯(lián)跳信號跳閘。新安、前海灣、大新、鯉魚門、桃園軌電位限制裝置主觸頭閉合。斷路器保護動作跳閘后，保護裝置啟動線路測試，測試通過后直流饋線斷路器自動重合閘，前海灣于08:51:35自動重合閘成功，桃園213于08:51:41自動重合閘成功，恢復了故障區(qū)段的接觸網(wǎng)的牽引供電。故障發(fā)生時147車、173車、145車在桃園至前海灣下行供電臂內(nèi)行駛，3列車分別位于鯉前區(qū)間、大鯉區(qū)間和桃大區(qū)間。前海灣211斷路器跳閘波形見圖2。

圖2 前海灣211斷路器跳閘波形

本次故障造成2～5分鐘晚點2列，5～10分鐘晚點4列，清客4列，清客約2800人，下線3列。經(jīng)全面檢查后發(fā)現(xiàn)147車控制單元軟件存在缺陷，高速斷路器跳閘診斷時間與主接觸器滅弧裝置的滅弧時間不匹配，造成牽引逆變器的中間接觸器斷開時拉弧接地，導致供電設(shè)備跳閘，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)牽引逆變器的中間接觸器有明顯的電弧燒傷痕跡。

雖然147車故障導致直流饋線斷路器保護動作跳閘，造成接觸網(wǎng)失壓，但是直流饋線斷路器啟動線路測試功能判斷外部瞬時故障消失后，自動重合饋線斷路器，快速恢復了故障區(qū)段供電臂的牽引供電，避免了故障造成的影響繼續(xù)擴大。通過本案例可以發(fā)現(xiàn)：直流饋線斷路器的自動重合閘功能對于接觸網(wǎng)或者地鐵列車瞬時性故障跳閘后快速恢復牽引供電、恢復地鐵列車的運營、減小地鐵列車延誤對市民出行造成的影響有重要意義。

4 永久故障的自動重合閘案例

2017年3月7日07:45:45，竹子林車輛段215直流斷路器di/dt上升率瞬時保護動作、電流速斷保護動作跳閘，自動重合閘后保護再次動作，重復3次后線路測試閉鎖。跳閘情況如下：

表2 竹子林車輛段215斷路器跳閘記錄

供電搶修人員經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)原因是施工鉆孔穿破損壞接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜，導致接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜高阻接地。對接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜檢查發(fā)現(xiàn)，絕緣電阻測試正常，但耐壓試驗未通過。該故障能通過DCP106的線路測試，但斷路器合閘后保護再次動作跳閘，再次線路測試通過，斷路器再次合閘后保護又一次動作跳閘。通過本案例可以發(fā)現(xiàn)：線路測試功能只能作為判斷饋電線路是否存在故障的輔助手段，線路測試通過并不能說明饋電線路無故障，只能說明饋電線路無金屬性短路故障。重合于該類型的永久性故障時，斷路器再次斷開后原本不應(yīng)再次重合，但保護裝置并未配置此判據(jù)，導致斷路器多次重合于通過了線路測試的永久性故障。重合于永久性故障產(chǎn)生的不利影響主要有：（1）使供電系統(tǒng)再次受到故障的影響；（2）使斷路器的工作條件惡化（因為在短時間內(nèi)多次切斷故障電流）。

5 自動重合閘次數(shù)優(yōu)化

針對此缺陷，可以從三個方面來進行優(yōu)化：（1）運行經(jīng)驗表明，多數(shù)瞬時性故障都是1次自動重合閘就成功了，設(shè)定的3次線路測試實際意義不大，所以可以考慮將線路測試次數(shù)由3次改為1次。因為如果是瞬時性故障，后續(xù)還可以通過電動合閘或者通過越區(qū)供電方式恢復正常供電；而如果是永久性故障，就算是3次線路測試也不能恢復正常供電。（2）設(shè)定的3次線路測試不做改變，在保護裝置中增加斷路器自動重合閘后保護再次動作閉鎖斷路器合閘的判據(jù)，避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路。（3）增設(shè)防跳功能，所謂防跳功能是防止斷路器合閘-分閘-合閘-分閘反復跳躍。目的在于就算出現(xiàn)合閘信號一直存在的情況，但只允許斷路器試合閘1次，如果合閘后再次跳閘，則判斷為斷路器合閘失敗，就禁止再次合閘，通過防跳功能產(chǎn)生的閉鎖信號來避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路。

6 結(jié)語

直流饋線斷路器的自動重合閘功能對于接觸網(wǎng)或者地鐵列車瞬時性故障跳閘后快速恢復牽引供電、恢復地鐵列車的運營、減小地鐵列車延誤對市民出行造成的影響有重要意義，與自動重合閘相關(guān)的線路測試功能并不能完全區(qū)分饋電線路是否故障。為了避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路的情況，結(jié)合實際運行經(jīng)驗，建議將線路測試次數(shù)由3次改為1次，或者在保護裝置增加斷路器合閘于故障線路跳閘后的閉鎖邏輯，或者在直流饋線斷路器上增設(shè)防跳功能。

[1]鄭瞳熾．城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)[M]．北京:中國鐵道出版社．2006．

[2]丁復華．地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的電氣保護與定值[J]．都市快軌交通,2005,18(4):136-140．

[3]張華英．地鐵直流牽引供電系統(tǒng)保護配合的探討[J]．電氣化鐵道,2001(3):8-9．

王鴻（1984—），男，大學本科，工程師，主要從事地鐵供電系統(tǒng)技術(shù)管理工作。