通過考慮多供電分區(qū)的地鐵接觸網(wǎng)短路故障處置闡述

劉昌浩

摘 要：地鐵是城市交通的重要組成部分，在地鐵的穩(wěn)定運(yùn)行中，供電系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生了故障，將會造成嚴(yán)重的損失。多供電分區(qū)的接觸網(wǎng)短路故障是一種常見的供電系統(tǒng)故障，本文結(jié)合具體的故障問題，分析了多供電分區(qū)的地鐵接觸網(wǎng)短路故障的原因，在此基礎(chǔ)上指出了故障處理辦法， 希望可以為相關(guān)工作人員提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：多供電分區(qū);地鐵接觸網(wǎng);短路故障;故障處置

一、故障區(qū)域設(shè)備基本情況

本文中研究的地鐵接觸網(wǎng)短路故障出現(xiàn)在車輛段中，車輛段中的直流供電系統(tǒng)的供電結(jié)構(gòu)見圖1。

在整流器和牽引變壓器的作用下，將交流電源35千伏電壓轉(zhuǎn)化為直流電源1500伏電壓，沿著直流的進(jìn)線開關(guān)201和202傳遞到直流母牌上。車輛段內(nèi)的接觸網(wǎng)一共包含六個分區(qū)，211到216均為直流的饋出開關(guān)（后簡稱開關(guān)），這些開關(guān)負(fù)責(zé)為不同分區(qū)的接觸網(wǎng)供電。電客車從接觸網(wǎng)中取電，電流沿著鋼軌、回流電纜傳遞到整流器的負(fù)極。在直流供電系統(tǒng)中（主要指鋼軌、直流開關(guān)以及整流機(jī)組），均使用絕緣安裝，整套直流系統(tǒng)和綜合接地系統(tǒng)構(gòu)成電氣絕緣。短路故障發(fā)生之前，全部開關(guān)都處在正常的狀態(tài)下，第三分區(qū)的L16股道和第四分區(qū)的L23股道各自出現(xiàn)一輛地鐵升弓運(yùn)行。

在本次故障中，引發(fā)故障的直接原因是L28的開關(guān)G28合閘期間，由于接卸故障導(dǎo)致接地閘沒能與分閘聯(lián)動，致使接觸網(wǎng)出現(xiàn)短路故障，短路故障出現(xiàn)后，燒毀了消弧棒、動靜觸頭與滅弧柵拉弧。在本篇文章中，重點(diǎn)對短路的過程展開電氣分析，不對G28故障原因和設(shè)備的損傷程度作過多的墜述。

故障出現(xiàn)后，開關(guān)215觸發(fā)了電流增量保護(hù)、電流速斷保護(hù)與電流變化率保護(hù)，開關(guān)213和214觸發(fā)了保護(hù)動作接著出現(xiàn)跳閘的問題，而其他的開關(guān)未出現(xiàn)任何動作。因?yàn)殚_關(guān)213和214的波形相似度非常高，所以選擇開關(guān)213和215的故障波形展開進(jìn)一步的分析。

通過研究其故障波形我們發(fā)現(xiàn)，在-3ms的時候，L28出現(xiàn)了短路，導(dǎo)致開關(guān)215處的電流急劇上升，保護(hù)裝置立刻開啟了電流增量保護(hù)，在0時刻，電流為7965A，饋線電壓變成1124千伏。我們在對波形分析后發(fā)現(xiàn)，開關(guān)動作后由于存在電弧通道，電流在增長到11526A以后，在24ms的時候，滅弧結(jié)束，電流變成0，對保護(hù)電流和時限展開分析發(fā)現(xiàn)符合標(biāo)準(zhǔn)值，因而保護(hù)動作是沒有問題的。

開關(guān)213和215連接同一個進(jìn)線母排，在L28出現(xiàn)短路故障之后，拉低了母線電壓，在-16ms的時候，直流電壓變成1027伏，形成了-2080A的電流，之后DC電壓與電流都有所提高。在0時刻，電流變成3783A，電流的變化符合電流增量保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，在19ms之后，滅弧結(jié)束，電流變成0。

我們調(diào)取了L16電客車的電流錄波，在同一個時間節(jié)點(diǎn)，141的電流保護(hù)裝置的采樣周期是500ms，只測取單點(diǎn)的電流值沒有辦法還原整個波形，短路的原因是低壓下限保護(hù)跳閘失電。結(jié)合上述分析，得出以下幾點(diǎn)思考：第一，為什么L28短路會引起開關(guān)213和214的跳閘？其余的開關(guān)沒有動作？第二，為什么開關(guān)215分閘時形成了反向的電壓？第三，為什么開關(guān)213出現(xiàn)了反向的電流？分閘后出現(xiàn)超出額定標(biāo)準(zhǔn)的電壓？

二、故障過程分析

在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，開關(guān)213和215均處在合閘的狀態(tài)下，通過分析，我們得出短路分析的等效電路示意圖，如圖2所示：

在圖2中，R1、C1、L1代表的是對應(yīng)線路的等效參數(shù)，R2、C2、L2該表的是對應(yīng)線路的等效參數(shù)疊加機(jī)車LC的單元參數(shù)，D2代表的是反向電流通路，Ud代表的是整流機(jī)組的輸出電壓，UF1代表的是開關(guān)215輸出的電壓，UF2代表的是開關(guān)213輸出的電壓，Uc2代表的是機(jī)車出的接觸網(wǎng)電壓，Uarc是開關(guān)215的電弧壓降。

在短路發(fā)生后，C1處在短路的狀態(tài)下，在不計(jì)電容作用的情況下，結(jié)合KVL計(jì)算出開關(guān)215的饋出電壓和Ud。G28出現(xiàn)短路之后，短時間內(nèi)生成超過萬安的短路電流i1，它主要是從整流機(jī)組出獲取的短路變流，進(jìn)而形成壓差，導(dǎo)致整流機(jī)組的Ud減小。當(dāng)開關(guān)215處的電壓減小至800伏時，從故障錄波中可以觀察到明顯的臺階，開關(guān)213的電壓最小為852伏，據(jù)此可以分析Ud大概被拉低到850伏，致使整流機(jī)組的端口電壓比開關(guān)213處的末端電壓，出現(xiàn)反向電流導(dǎo)致短路故障的發(fā)生。在把開關(guān)215切除之后，Ud漸漸恢復(fù)正常，開關(guān)213的電流從負(fù)變成正，電流增量和電流變化率符合規(guī)定值，引起213的跳閘，而且受到持續(xù)電流的影響，形成了BOOST升壓電路，Ud的提高量大于整流機(jī)組的空載電壓，213分閘之后，電壓超過標(biāo)準(zhǔn)值。

三、結(jié)語

綜上所述，接觸網(wǎng)短路會導(dǎo)致相鄰供電分區(qū)的跳閘，甚至?xí)U(kuò)大跳閘的范圍，影響地鐵車輛的正常運(yùn)行，在處理此類故障時，需要詳細(xì)了解其動作規(guī)律，先想辦法恢復(fù)聯(lián)跳線路的運(yùn)營。如果聯(lián)跳開關(guān)柜的電流體現(xiàn)出先低后高的特點(diǎn)，工作人員在設(shè)計(jì)開關(guān)柜的保護(hù)期間可以借助小波算法、形態(tài)學(xué)算法等展開特征識別，之后閉鎖，減少故障的影響范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]池代臻. 考慮多供電分區(qū)的地鐵接觸網(wǎng)短路故障原理分析[J]. 電氣化鐵道， 2021， 32（3）：4-4.

[2]周昌， 李鋆曈. 地鐵供電系統(tǒng)中柔性接觸網(wǎng)常見故障和防范措施解析[J]. 工業(yè)C， 2016（1）：110-110.