地鐵牽引變電所高壓直流開關無法合閘故障的處理

薛小強 趙 壘 王曉博

（西安地下鐵道有限責任公司運營分公司，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，車輛段采用柔性接觸網。車輛段柔性接觸網設置在戶外，劃分為2D1、2D2、2D3、2D4共4個供電分區，對應車輛段牽引變電所211、212、213、214直流饋線斷路器。由于車輛段柔性接觸網設置在戶外易受外界環境的影響，造成在車輛段接觸網分區停電后產生殘壓的現象，從而影響牽引直流饋線開關的正常合閘，嚴重時會威脅到地鐵車輛的正常運行。在西安地鐵2號線開通初期，就發生過因接觸網殘壓過高導致停電作業完成后由于饋線斷路器線路測試不通過，致使延誤接觸網正常送電的故障。

1 故障發生過程

2011年12月13日13：28，西安地鐵2號線渭河車輛段牽混所發生直流開關213無法合閘。當日故障發生前檢修人員完成車輛段內2D3分區接觸網上網隔離開關及分段絕緣器檢修工作，并要求電調恢復2D3分區供電。在進行213開關合閘時發生開關無法合閘，PSCADA（電力監控系統）報文為“213開關線路測試不通過”、“斷路器閉鎖”。在進行2次試送電后開關仍然無法合閘，并發現報文：“213開關線路測試不通過”、“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2D3分區、213直流饋線開關進行了檢查，但未發現異常情況；同時對213直流開關在試驗位進行操作，開關仍可正常合閘；用兆歐表遙測2D3分區接觸網的絕緣，絕緣性能合格。

經對故障現象進行初步分析，故障原因應是由于接觸網線路或直流斷路器不能滿足保護裝置線路測試功能的要求。在確定接觸網無故障后，為保證車輛段電客車的正常通行、盡快恢復接觸網的供電，搶修人員臨時決定通過車輛段內接觸網越區隔離開關實現2D1供電分區向2D3供電分區的越區供電。執行此操作期間相應開關工作正常，通過越區實現了2D3分區接觸網的送電。

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，是斷路器在開關合閘前保護裝置對饋線接觸網進行一次測試，并將所測數據與設定值進行對比，以確保開關不會合在故障線路上。

西安地鐵2號線直流1500V開關采用的是賽雪龍生產的SEPCOS保護裝置。其線路測試功能的原理是在斷路器合閘前進行，保護裝置監測直流開關母線電壓Ur、饋線接觸網電壓Uf，并根據情況對饋出側電阻進行測量（見圖1），通過對所測數據（見表2）與設定值進行對比，以判斷接觸網線路是否正常。

圖1 線路測試原理圖

表2 線路測試的參數

線路測試的各種情況如下：

A：Ur＜Uresidue，且Uf＞Uflow，直流開關直接合閘；

B：Ur＞Uflow，且Uf＞Uflow，直流開關直接合閘；

C：Ur＞Uflow，且Uf＜Uresidue，直流開關合線路測試接觸器，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：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備運行狀態進行檢查。

2.2 線路電阻的檢查

故障發生后，搶修人員對接觸網設備進行了全面的檢查，無接觸網短路接地、絕緣子放電等異常情況，隨后采用2500V搖表搖測接觸網對地絕緣電阻為50MΩ。接觸網絕緣正常。在實際操作中，通過對2D3供電分區進行了越區供電，接觸網正常，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供電分區接觸網未送電情況下，經對直流開關保護裝置所測的接觸網電壓進行觀察，接觸網殘壓較高，最高殘壓約為341V。經搶修人員多次觀察并記錄當時接觸網殘壓值見表3。

表3 車輛段213開關保護裝置所測殘壓值

2.3.2 合閘失敗事件記錄的殘壓

對直流斷路器保護裝置SEPCOS中的事件記錄及線路測試的設置進行了查看，設定值與設計整定值相同（見表2所列參數）；直流開關在多次試合閘失敗時保護裝置線路測試所測饋線接觸網的測量數據顯示，當時所測得接觸網殘壓分別為：324V、340V、318V、336V、334V。

根據保護裝置線路測試的工作原理：當開關合閘前裝置所測饋線接觸網電壓大于保護裝置所設接觸網殘壓值Uresidue、小于線路最小工作電壓Uflow時，線路測試不通過，開關不能合閘且自動閉鎖。而當Uresidue小于300V時，開關保護啟動線路測試、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

鑒于以上調查分析，車輛段213直流開關不能正常合閘的原因主要是：接觸網存在一定的殘壓，當直流斷路器合閘前，2D3分區接觸網殘壓大于300 V，大于保護裝置中所設接觸網殘壓的設定值，且小于保護設定的最小工作電壓，保護裝置誤認為接觸網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

在確認車輛段內接觸網無異常，2D3分區接觸網的殘壓不會對車輛段內接觸網設備、牽引供電系統及行車設備構成威脅的情況下，根據殘壓最高值多出現在300～378V之間，結合車輛段接觸網設置在室外、周邊環境較為復雜這一特點，決定將車輛段內直流開關保護裝置線路測試中的接觸網殘壓設定值由300V修改為450V，以躲過目前車輛段內接觸網的實際殘壓最高值。在與供電系統總設計及設備生產廠家技術人員共同確認方案后，對車輛段直流饋線開關的線路測試值進行了修改。修改后，經過3個多月的運行檢驗和對車輛段牽引變電所直流開關及場內接觸網觀察，設備狀態良好，能夠滿足正常運行的要求，并且至今未再發生類似故障。

4 結語

針對2D3供電分區接觸網的殘壓和其它地區地鐵的運行情況進行了調研和了解，南京地鐵、天津地鐵、廣州地鐵等車輛段接觸網也發生過殘壓過高導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、接觸網絕緣子受外界影響絕緣下降，相鄰分區未停電存在靜電感應等原因造成。對殘壓產生的具體原因仍需在今后的運行過程中進一步進行研究分析。

通過此次直流開關無法合閘故障的處理認識到：車輛段內接觸網安裝在戶外，周邊環境比較復雜，接觸網易受外界環境影響而產生較大的殘壓；這一點在對牽引供電系統電力保護裝置功能的設置中應充分予以考慮，以保證供電系統本身得到充分保護的情況下，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［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］張艷霞.電力系統保護與控制［M］.北京：清華大學出版社，2005.

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