基于快速線路測(cè)試的直流饋線斷路器重合閘失敗分析

摘要：通過(guò)對(duì)一起地鐵供電系統(tǒng)750V直流饋線斷路器重合閘不成功事件的分析，反映了在地鐵直流供電系統(tǒng)中，由于接觸軌殘壓下降需要一定時(shí)限和斷路器ED儲(chǔ)能需要時(shí)間，在使用快速線路測(cè)試重合閘時(shí)，需要經(jīng)過(guò)綜合分析和計(jì)算，以防造成快速線路重合閘不成功的情況。

關(guān)鍵詞：直流饋線斷路器、重合閘策略、快速線路測(cè)試、原因分析

0引言

當(dāng)前我國(guó)地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中，大多以750V或1500V直流電源作為機(jī)車牽引動(dòng)力，直流饋線斷路器作為主要的供電斷路器，它的重合閘成功率是保障地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的可靠保證，在直流供電系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。當(dāng)直流上網(wǎng)電纜或接觸軌出現(xiàn)非永久性故障時(shí)，保護(hù)裝置使直流饋線斷路器跳閘，為保證地鐵供電的穩(wěn)定性，直流饋線斷路器將進(jìn)行一次重合閘。為了提高重合閘速度，地鐵供電系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)使用到一種快速線路測(cè)試重合閘，當(dāng)判斷線路電壓大于等于閾值（如500V）時(shí)，線路測(cè)試直接通過(guò)，斷路器立即進(jìn)行重合閘。本文對(duì)一起750V直流饋線斷路器快速線路測(cè)試重合閘不成功事件的過(guò)程和現(xiàn)象進(jìn)行研究分析。

1. 事件情況

2018年2月某地鐵1號(hào)線各站點(diǎn)DC750V 直流開關(guān)柜饋線柜由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)先后報(bào)出 di/dt 保護(hù)跳閘，斷路器正常分?jǐn)嗪缶醋詣?dòng)重合閘成功。該區(qū)段內(nèi)使用的750V直流開關(guān)保護(hù)裝置為MS?U-MLE-Ts，斷路器本體為GE品牌。保護(hù)裝置內(nèi)使用的重合閘邏輯如下：

由上圖可以看出，快速線路測(cè)試重合閘只需要判斷跳閘后線路電壓大于等于500V時(shí)，就立即（ms級(jí)別）重合;而正常重合閘需要進(jìn)行16s的線路測(cè)試，即通過(guò)測(cè)試接觸器注入電壓，判斷最小殘壓和最小殘余電阻滿足條件，線路測(cè)試通過(guò)，斷路器才能合閘。

2主跳站重合閘失敗分析

2.1主跳站重合閘失敗事件記錄

連接調(diào)試電腦，查看主跳站事件記錄情況，發(fā)現(xiàn)以下事件記錄：1）主跳站于02：13：48：240啟動(dòng)di/dt保護(hù)信號(hào)（start di/dt），40ms后，繼保判定線路確實(shí)存在故障，于02：13：48：280 發(fā)出保護(hù)跳閘指令（Trip di/dt），同時(shí)輸出ED脫扣命令（1.R2）、分勵(lì)脫扣命令（0.R1），聯(lián)跳鄰站（0.R3）信號(hào)，設(shè)備故障報(bào)警信號(hào)（0.R2）;2）繼保發(fā)出ED脫扣命令（1.R2）10ms后，于02：13：48：290接收到ED儲(chǔ)能未完成狀態(tài)信號(hào)（0.D2），說(shuō)明此時(shí)ED脫扣器已經(jīng)動(dòng)作;3）02：13：48：300繼保接收到斷路器狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，也就是此時(shí)已完成了斷路器的分閘動(dòng)作，其中斷路器合狀態(tài)消失（0.D1下降沿）、分狀態(tài)產(chǎn)生（0.D4上升沿）。在斷路器完成分閘的同時(shí)，按繼保自動(dòng)重合閘邏輯，繼保啟動(dòng)自動(dòng)重合閘進(jìn)程（ARP上升沿）;4）在di/dt保護(hù)啟動(dòng)后的290ms，也就是02：13：48：530繼保發(fā)出線路測(cè)試進(jìn)行中指令（1.R4上升沿）;現(xiàn)階段饋線柜全部投入快速線路測(cè)試功能（Vfast設(shè)置閥值為500V），且接觸軌電壓下降較慢，在啟動(dòng)線路測(cè)試時(shí)電壓仍高于500V，故線路測(cè)試直接通過(guò)，同時(shí)繼保發(fā)出了線路測(cè)試成功指令（LTOK）;5）按繼保自動(dòng)重合閘流程，線路測(cè)試成功（LTOK）后，發(fā)送斷路器合閘命令（0.R6），置位內(nèi)部標(biāo)志位RCL。繼保發(fā)出合閘指令（0.R6 上升沿），02：13：48：540至02：13：48：950，脈沖長(zhǎng)度為410ms，繼保同時(shí)檢測(cè)斷路器是否合閘，如未合閘在檢測(cè)時(shí)間“tCHK”（400ms）結(jié)束后，發(fā)出自動(dòng)重合閘閉鎖命令（ARL）;6）由繼保事件記錄可知繼保發(fā)出的合閘指令在 02：13：48：950 時(shí)刻結(jié)束，此時(shí)斷路器 ED 儲(chǔ)能尚未完成，故未合閘成功;7）繼保發(fā)出合閘指令后 9s270ms后，方完成斷路器 ED 儲(chǔ)能動(dòng)作。

2.2主跳站重合閘失敗原因分析

針對(duì)事件記錄的第4）點(diǎn)“接觸軌電壓下降較慢，在啟動(dòng)線路測(cè)試時(shí)電壓仍高于500V，故線路測(cè)試直接通過(guò)”。選取站點(diǎn)實(shí)際模擬di/dt保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行直流饋線斷路器保護(hù)動(dòng)作試驗(yàn)驗(yàn)證，用示波器錄取波形如下所示：

由示波圖分析可知：接觸軌失電后，根據(jù)供電區(qū)間的長(zhǎng)度不同，接觸軌上的殘壓完全降至500V以下需要400ms左右。從事件記錄中分析可得跳閘失電至啟動(dòng)快速重合閘的事件為290ms，此時(shí)電壓確實(shí)高于500V，啟動(dòng)快速線路測(cè)試重合閘，立即合閘;但由事件記錄的第6）、7）點(diǎn)可知，在合閘脈沖（410ms）結(jié)束時(shí)，斷路器ED儲(chǔ)能還未完成，直至02：13：58：220 時(shí)，繼保接收到斷路器ED儲(chǔ)能完成信號(hào)，也就是說(shuō)在合閘指令發(fā)送完畢9s270ms后斷路器完成 ED 儲(chǔ)能。在斷路器未完成 ED 儲(chǔ)能前，斷路器不接收外部合閘指令，故重合閘失敗。

綜上所述，主跳站重合閘失敗原因是斷路器分閘后，接觸軌電壓400ms內(nèi)仍有500V左右的電壓，快速線路測(cè)試通過(guò)，保護(hù)裝置發(fā)出合閘命令，但此時(shí)斷路器ED 儲(chǔ)能未完成（ED 儲(chǔ)能自能量釋放至再次完成儲(chǔ)能預(yù)計(jì)需 14s），斷路器無(wú)法進(jìn)行合閘。

3被聯(lián)跳站重合閘失敗分析

3.1被聯(lián)跳站重合閘失敗事件記錄

連接調(diào)試電腦，查看被聯(lián)跳站事件記錄情況，發(fā)現(xiàn)以下事件記錄：1）被跳站在 02：13：37：540 接收到主跳站過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)（2.D3 上升沿）;2）10ms 后繼保發(fā)出故障信號(hào)（0.R2）及斷路器分勵(lì)脫扣命令（0.R1）;3）被跳站在 02：13：37：630～02：13：37：640 時(shí)間內(nèi)，完成斷路器的分閘動(dòng)作，斷路器分狀態(tài)（0.D4上升沿）;此時(shí)完成斷路器第 1 次跳閘動(dòng)作;4）斷路器完成分閘后，首先判斷是否為保護(hù)跳閘，非保護(hù)跳閘將發(fā)出自動(dòng)重合閘閉鎖信號(hào)（ARL，此信號(hào)僅閉鎖 RCL，不會(huì)影響 LT 動(dòng)作）;5）斷路器分閘后 20ms，在 02：13：37：660 時(shí)刻，被跳站繼保在過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)（2.D3 下降沿）發(fā)出線路測(cè)試進(jìn)行指令（1.R4 上升沿），由于接觸軌電壓下降較慢，在線路測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中，電壓仍高于500V（快速線路測(cè)試啟動(dòng)閥值），繼保直接啟動(dòng)快速線路測(cè)試，發(fā)出了線路測(cè)試成功指令（LTOK）;6）線路測(cè)試成功后，繼保在 02：13：37：670 發(fā)出合斷路器指令（0.R6 上升沿），斷路器進(jìn)行合閘動(dòng)作;7）在02：13：37：800時(shí)刻繼保接收到斷路器合狀態(tài)（0.D1 上升沿）;此時(shí)繼保第1次發(fā)送斷路器合閘命令;8）斷路器合閘成功的瞬間（10ms），被跳站繼保再次收到主跳站過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)（2.D3 上升沿），時(shí)間為 02：13：37：810;9）10ms 后繼保發(fā)出故障信號(hào)（0.R2）及斷路器分勵(lì)脫扣命令（0.R1）;10）被跳站在 02：13：38：130 時(shí)刻，完成斷路器的分閘動(dòng)作，斷路器分狀態(tài)（0.D4 上升沿）;此次跳閘由于斷路器在短時(shí)間（600ms）內(nèi)連續(xù)動(dòng)作，分?jǐn)鄷r(shí)間被保護(hù)性拉長(zhǎng)（330ms），此時(shí)完成斷路器第 2 次跳閘動(dòng)作。11）在 02：13：38：150 時(shí)刻，被跳站繼保在過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)（2.D3 下降沿、02：13：38：140 時(shí)刻）發(fā)出線路測(cè)試進(jìn)行指令（1.R4 上升沿），由于接觸軌電壓下降較慢，在線路測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中，電壓仍高于 500V（快速線路測(cè)試啟動(dòng)閥值），繼保直接啟動(dòng)快速線路測(cè)試，發(fā)出了線路測(cè)試成功指令（LTOK）;12）線路測(cè)試成功后，繼保在 02：13：38：160 發(fā)出合閘指令（0.R6 上升沿），且一直保持高電平對(duì)外輸出;此時(shí)繼保第 2 次發(fā)送斷路器合閘命令。

3.2被聯(lián)跳站重合閘失敗原因分析

由3.2.1事件記錄分析及現(xiàn)場(chǎng)觀察情況，被跳站跳閘后進(jìn)行了一次重合閘，但合閘的瞬間又被聯(lián)跳信號(hào)跳開。原因?yàn)橹睾祥l結(jié)束后，再次收到鄰站聯(lián)跳信號(hào)（2.D3 上升沿），導(dǎo)致了斷路器再次跳閘。如下圖所示，第一次過(guò)流聯(lián)跳后，由于接觸軌電壓下降較慢，在被跳站啟動(dòng)線路測(cè)試時(shí)，接觸軌電壓仍大于 500V（快速線路測(cè)試啟動(dòng)閥值），故被跳站直接啟動(dòng)快速線路測(cè)試，立即進(jìn)行合閘，在 260ms 的時(shí)間內(nèi)完成了斷路器分閘后的合閘;但此時(shí)主跳站發(fā)送的聯(lián)跳脈沖（1s）尚未發(fā)送完畢，故被跳站會(huì)繼續(xù)接收主跳站的過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)，導(dǎo)致被跳站斷路器再次跳閘。

綜上所述，被聯(lián)跳站重合閘失敗原因是被聯(lián)跳站斷路器跳閘使用分勵(lì)脫扣，無(wú)需儲(chǔ)能，接觸軌電壓400ms內(nèi)仍有500V左右的電壓，快速線路測(cè)試通過(guò)，斷路器合閘成功，示波器圖形可以看出跳閘200ms后，電壓由400V升高至正常電壓（維持時(shí)間150ms左右）;但此時(shí)主跳站發(fā)出的鄰站過(guò)流聯(lián)跳信號(hào)（信號(hào)持續(xù) 1s）仍未發(fā)送完畢，又將被跳站斷路器再次跳閘。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)饋線斷路器重合閘失敗事件的分析，暴露出快速線路測(cè)試重合閘在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況考慮接觸軌殘壓下降需要的時(shí)限和斷路器ED儲(chǔ)能時(shí)間等各種因素，當(dāng)客觀條件受限時(shí)，也就失去了快速線路測(cè)試重合閘的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)綜合考量取消快速線路測(cè)試重合閘后，試驗(yàn)驗(yàn)證重合閘全部成功。本文為今后優(yōu)化地鐵饋線斷路器重合閘保護(hù)、選型配合以及類似跳閘事件提供了新的查找方向和思路，具有實(shí)際意義。

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作者詳細(xì)介紹：盧鳳磊（1983年1月），男，籍貫山東，漢族，本科，主要從事地鐵供電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作，目前就職于昆明地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，云南省昆明市，650200