直流牽引供電系統繼電保護裝置定量試驗

宋建峰

0 引言

城市軌道交通直流牽引供電系統采用的數字化繼電保護裝置大多是國外產品，由于國內缺少相應的專用檢測儀器，對該類保護裝置的特性試驗，目前仍采用直流（mV 級）電壓測量方法，只能做功能性檢查及刻度校驗；然而作為直流保護的重要參數，如電流上升率di/dt、電流增量ΔI、延時時間、持續時間等基本上沒有手段進行定量檢測，這也正是本文探討的問題。

1 直流保護檢測設備的功能

一種新型的直流繼電保護測試儀可滿足電流速斷、過電流、電流上升率、電流增量、延時時間、持續時間等保護參數的測試要求，并能提供低失真、高帶寬、mV～V 級可編輯的、任意定值參數的設定與輸出。

測試結果各項參數直接讀取，其中時間數據細分2 項顯示：①凈動作信號時間。通過施加故障信號使保護裝置動作，即不含開出繼電器延時的凈時間。②保護出口時間。自施加故障信號到保護出口繼電器開出的全部時間。

2 直流保護的檢驗實踐

2.1 過電流保護Imax

檢測當前電流的最大電流值Imax，如果電流超出限值，經過延時后，啟動繼電器輸出元件跳閘。

定值測試方法：首先根據定值，在儀器主界面設定過流限值，且延時足夠大，滿足保護裝置動作時限要求。調整輸出電流，使其由小變大直至保護裝置動作。

延時時間測試方法：在1.2 倍整定值下，測試裝置動作時間，實測數據見表1 和表2。

2.2 電流上升率保護di/dt

如果電流上升率超過設定值及完成延時，則繼電器輸出啟動跳閘。

定值測試方法：首先根據定值，在儀器主界面設定電流上升率限值，且延時足夠大，滿足保護動作時限要求。調整電流上升率，使其由小變大直至保護裝置動作。

延時時間測試方法：首先設定延時時間，然后在1.2 倍電流上升率定值整定下，測試裝置動作時間。實測數據見表3 和表4。

表1 過電流Imax 測試結果表

表2 過電流延時時間測試結果表

表3 電流上升率定值di/dt 測試結果表

表4 電流上升率延時時間測試結果表

2.3 電流增量保護ΔI

ΔI 電流增量保護測量電流增量，如果當前測量電流與基準電流差值超過跳閘整定限值且完成延時，而這段時間又沒有超過ΔI：di/dt 返回延時，則繼電器輸出啟動跳閘。

電流上升率di/dt 啟動ΔI 保護裝置測試方法同di/dt 項。

ΔI 定值測試方法：首先根據定值，在儀器主界面編輯電流增量限值，且滿足di/dt = 0（此時ΔI保護裝置被di/dt 啟動）、延時足夠大、持續時間小于定值的保護動作條件，由小變大ΔI 直至保護裝置動作。

延時時間測試方法：首先在1.2 倍電流增量定值整定下，且滿足di/dt = 0、di/dt 持續時間小于定值的保護裝置動作條件，由小變大延時時間直至保護裝置動作。

持續時間測試方法：首先在1.2 倍電流增量定值整定下，延時足夠大、且滿足持續時間內di/dt＜定值的保護裝置動作條件，調整持續時間，使其由小變大，直至保護裝置不動作。

以上各參數實測數據見表5—表7。

表5 電流增量定值ΔI 測試結果表

表6 電流增量延時時間測試結果表

表7 di/dt 持續時間測試結果表

3 測試數據的分析

從表8 統計結果可以看出：所檢測3 組不同廠商的保護裝置，其參數的偏移量較大，其中A 組過電流Imax小延時偏移為49.5%；B 組di/dt 持續時間小延時偏移為45%，雖然絕對延時偏移小于1 ms，但相對偏移因基數較小而顯得很大。

表8 各次測試結果統計表

如上可認為，應用直流繼電保護測試儀是鑒別保護裝置性能優劣的有力技術手段，對于城市軌道交通直流牽引供電系統事故的分析、確認和預防有著非常積極的作用。

4 定量試驗的重要性與指導作用

國內早期投入運營的廣州地鐵一號線，隨著使用時間的推移，部分保護設備整定參數已經發生了明顯的變化，表9 和表10 是實際測試數據。

表9 故障保護板電流上升率di/dt 測試結果表

表10 故障保護板電流上升率延時時間測試結果表

分析表9 數據：A 樣品電流上升率di/dt 偏移誤差達到-14.0%，而B 樣品更是達到-29.4%的程度，其共同的特點是實際較小的電流增量就會造成保護跳閘，發生的頻率也會較高，尤其在重載客流高峰時出現，造成假象故障而跳閘，嚴重影響行車質量。

顯然，延時可以躲過電流尖峰引起的保護裝置誤動作，但分析表10 數據：3UB61/A 樣品延時誤差為-19.7 ms，已達到66%的誤差程度，造成頻繁的跳閘故障，嚴重影響行車秩序。

實際上電子元器件參數變化是一個漸變的老化過程，只有等到問題很嚴重（故障）時才能被發現。現在則大不相同了，用戶可以根據需要，很簡單地完成直流保護裝置的速斷、過流、電流上升率、電流增量、以及延時和持續時間的準確測量，提前發現故障隱患，尤其對運行多年的保護設備更是必要的、不可缺少的。

綜合表7 及以上B 公司設備延時數據可以得出：除過電流保護小延時較準確外，電流增量和di/dt 持續時間小延時都增加了0.9 ms，該設備在某新線ΔI 定值如下：延時時間3 ms，持續時間2 ms。按照其設備時間特性，實際持續時間變為t = 2 +0.9 = 2.9 ms，也就是說在極端情況下，ΔI 保護裝置一旦啟動且滿足電流增量定值，哪怕延時時間≥0.1 ms，無論故障是否消失，裝置都不會復歸而總是跳閘的，其造成的后果可想而知。顯然這樣的定值并不合理，但在沒有實測數據以前不為大家所知，這充分說明了定量試驗的重要性以及對保護定值計算的指導作用。

5 結束語

本文對實際工程測試手段、測量結果進行了論述及分析。期望能夠對地鐵輕軌直流保護試驗技術、提高保護裝置及牽引供電系統的運行可靠性等有一定的參考價值。

關于各項參數測量的不確定問題，將繼續對繼電保護儀器、操作人員操作離散程度等進行專項的試驗、考核、評定，使之更臻于合理。

[1] SIEMENS Sitras? PRO 安裝、操作、維護說明書1.0.1版.

[2] Balfour Beatty TracFeed? DCP2直流開關柜控制和保護多功能裝置說明書.

[3] Secheron SEPCOS 保護控制功能說明書.