武漢地鐵堤角所703開關(guān)頻繁跳閘事故分析

任 峰

武漢地鐵堤角所703開關(guān)頻繁跳閘事故分析

任 峰

摘 要：通過對(duì)堤角所703開關(guān)跳閘波形的分析以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查，找到了703開關(guān)頻繁跳閘的原因。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，改變了列車運(yùn)行方式，完滿解決了問題。

關(guān)鍵詞：地鐵供電；DDL保護(hù)；跳閘；故障分析

任 峰：武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，工程師，湖北武漢 430035

0　引言

地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中饋線的保護(hù)在保證牽引供電系統(tǒng)向列車安全供電方面發(fā)揮著重要作用，其主要功能是防止列車接觸軌上的短路和過負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生，并在故障時(shí)能可靠迅速地切除故障，以保證列車、設(shè)備和乘客的安全[1]。

地鐵直流系統(tǒng)目前普遍采用DDL保護(hù)（即電流上升率和電流增量保護(hù)）作為饋線主保護(hù)。該保護(hù)通過對(duì)饋線電流If及其電流變化率di/dt的連續(xù)檢測(cè)，并將di/dt與斜率設(shè)定值E（保護(hù)啟動(dòng)值）和F（保護(hù)返回值）進(jìn)行比較，以確定線路是否存在故障。

DDL保護(hù)靈敏性很高。在地鐵列車運(yùn)行過程中，某些不明原因的瞬時(shí)擾動(dòng)可能造成DDL保護(hù)動(dòng)作。這給運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員帶來困擾。如何在DDL保護(hù)動(dòng)作后分析原因，找到故障點(diǎn)，這是擺在地鐵供電維護(hù)人員面前的難點(diǎn)。

1　事故簡(jiǎn)述

武漢地鐵1號(hào)線堤角站自開通以來一直是站前折返。隨著漢口北工程即將開通，從2014年3月份開始，列車運(yùn)行方式調(diào)整為站后折返。但自從運(yùn)行方式調(diào)整后，堤角牽降所703開關(guān)開始頻繁跳閘。從2014年3 月19日至5月20日，累計(jì)發(fā)生10次703跳閘事件。每次跳閘均是堤角703DDL+△I保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳灄口新城701。跳閘時(shí)動(dòng)作電流均在5 000 A以上，最大值達(dá)到8 600 A。從跳閘時(shí)的典型故障錄波圖來看，跳閘時(shí)出現(xiàn)明顯的振蕩過程，比較符合拉弧時(shí)的特征。雖然每次跳閘后均自動(dòng)重合成功，沒有影響到列車運(yùn)行，但給相關(guān)部門帶來巨大壓力。

同時(shí)，經(jīng)與車輛部聯(lián)系，這段時(shí)間頻繁發(fā)生集電靴受流器被電弧燒傷事件。在此期間，已發(fā)生5起列車受流器被燒傷事件，部分情況燒傷嚴(yán)重，軸箱蓋有燒融痕跡。

2　事故調(diào)查

綜合以上情況，我們推測(cè)故障點(diǎn)可能在堤角站后折返區(qū)間。

2014年5月7日晚，機(jī)電部組織技術(shù)人員在堤角站后折返區(qū)（圖1）進(jìn)行檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，折返區(qū)渡線接觸軌DT607端部彎頭燒蝕嚴(yán)重（圖2）。

3　事故分析

3.1直流保護(hù)原理

3.1.1DDL+△I保護(hù)原理

DDL保護(hù)是直流饋線開關(guān)柜的主要保護(hù)。該保護(hù)設(shè)置在直流饋線柜內(nèi)，主要用于中、遠(yuǎn)距離或電阻型故障的檢測(cè)，動(dòng)作電流值小于斷路器門限，通過分析饋線電流增量△I及時(shí)間t來判斷故障。DDL保護(hù)分為DDL+△I與DDL+△T保護(hù)，保護(hù)功能可以單獨(dú)投退。實(shí)際運(yùn)行中，一般都是DDL+△I動(dòng)作。DDL+△T保護(hù)很少啟動(dòng)。

DDL保護(hù)通過對(duì)饋線電流If及其電流變化率di/dt的連續(xù)檢測(cè)，并將di/dt與斜率設(shè)定值E（保護(hù)啟動(dòng)值）和F（保護(hù)返回值）進(jìn)行比較，若di/dt＞E，則開始測(cè)量△I和時(shí)間t。自di/dt＞E始，以啟動(dòng)時(shí)刻的電流作為基準(zhǔn)值計(jì)算相對(duì)電流增量，當(dāng)電流增量大于△Imax（設(shè)定值）后，經(jīng)過延時(shí)t△Imax（設(shè)定值），則由DDL+△I保護(hù)出口發(fā)出跳閘信號(hào)。

如果在△I保護(hù)出口動(dòng)作前，檢測(cè)到di/dt＜F，則檢測(cè)△I和△t值歸零，即DDL保護(hù)復(fù)歸。保護(hù)動(dòng)作示意圖見圖3[2]。

3.1.2自動(dòng)重合閘

當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，斷路器故障跳閘，啟動(dòng)線路測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷故障的性質(zhì)，如故障是瞬時(shí)性的，自動(dòng)重合閘裝置會(huì)使斷路器重新合閘。如故障時(shí)永久性的，則閉鎖重合閘。瞬時(shí)性故障：當(dāng)接觸網(wǎng)線路被繼電保護(hù)迅速斷開后，當(dāng)故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度重新恢復(fù)，此時(shí)，如果把斷開的線路斷路器再合上，就能恢復(fù)正常的供電，因此，稱這類故障為“瞬時(shí)性故障”。

永久性故障：在線路被斷開后，故障仍然存在，這時(shí)即使再合上電源，由于故障仍然存在，線路還要被繼電保護(hù)再次斷開，因而就不能恢復(fù)正常的供電。

3.2故障原因分析

列車任一牽引單元的集電靴全部脫離三軌時(shí)，三軌與末端集電靴之間一般均會(huì)出現(xiàn)拉弧和電蝕現(xiàn)象，電蝕程度取決于即時(shí)電流的大小和列車速度。列車在堤角站后折返通過渡線時(shí)，因受流器只能從DT607端部彎頭處取流，故電流會(huì)相對(duì)較大，極易造成拉弧。當(dāng)弧光較大時(shí)，電弧將會(huì)燃燒到轉(zhuǎn)向架，導(dǎo)致系統(tǒng)接地短路（實(shí)為正負(fù)極短路）。巨大的短路電流將會(huì)燒蝕受流器及轉(zhuǎn)向架，并導(dǎo)致直流開關(guān)跳閘。直流開關(guān)跳閘后，電弧會(huì)自然熄滅，系統(tǒng)絕緣性能恢復(fù)。此后，保護(hù)會(huì)啟動(dòng)線路測(cè)試，測(cè)試合格后啟動(dòng)自動(dòng)重合閘成功。

圖1　折返區(qū)接觸軌布置圖

圖2　端部彎頭燒蝕痕跡

圖3　DDL+△I保護(hù)示意圖

4　試驗(yàn)驗(yàn)證

為減少電蝕，避免直流開關(guān)跳閘，2014年5月22日，機(jī)電部、車輛部在堤角站后折返岔區(qū)進(jìn)行列車過岔區(qū)的速度試驗(yàn)，研究在不同駕駛模式下的拉弧情況。試驗(yàn)內(nèi)容分別在自動(dòng)（Auto）模式和惰行工況（PM）模式下，控制列車過岔區(qū)速度在15～30 km/h范圍內(nèi)，檢驗(yàn)列車受流器拉弧和該供電區(qū)間跳閘情況。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從試驗(yàn)結(jié)果看，完全證實(shí)了我們之前的推斷。列車在經(jīng)過DT607端部彎頭時(shí)，最容易拉弧的是尾車的第3受流器，其次是前車的第3受流器。在采用惰行工況模式下，當(dāng)列車速度不超過25 km/h，列車過彎頭時(shí)不會(huì)拉弧。考慮到在列車速度達(dá)到25 km/h時(shí)，司機(jī)對(duì)惰行開始時(shí)間點(diǎn)不易把握的問題，建議在列車過折返區(qū)時(shí)速度控制在20 km/h，并采用惰行工況模式。惰行開始時(shí)間點(diǎn)為前車第3受流器即將離開DT607端部彎頭時(shí)。

列車更改運(yùn)行方式后，未再發(fā)生703跳閘及受電靴燒蝕事件。

表1　不同列車速度時(shí)試驗(yàn)記錄

5　結(jié)論

（1）列車在堤角站后折返通過DT607端部彎頭時(shí)，因只有1個(gè)取流點(diǎn)，取流電流較大，極易拉弧。當(dāng)弧光較大時(shí)，電弧將燃燒到轉(zhuǎn)向架，導(dǎo)致系統(tǒng)接地短路（實(shí)為正負(fù)極短路）。巨大的短路電流將會(huì)燒蝕受流器及轉(zhuǎn)向架，并導(dǎo)致直流開關(guān)跳閘。

（2）最容易拉弧的是尾車的第3受流器，其次是前車的第3受流器。其他受流器很少拉弧。

（3）當(dāng)列車速度控制在20 km/h，并采用惰行工況模式下，可以保證列車在過彎頭時(shí)不拉弧。

參考文獻(xiàn)

[1] 王廣峰，孫玉坤，陳坤華．地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中的DDL保護(hù)[J]．電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2007，19（1）：59-62．

[2] 何宗華，汪松滋，何其光．城市軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．

責(zé)任編輯 冒一平

Analysis on Frequent Tripping Accidents of Breaker 703 at Wuhan Metro Dijiao Station

Ren Feng

Abstract:Through analysis of the breaker 703 tripping waveforms and in-situ investigation at Dijiao station, the paper identifies the breaker 703 frequent tripping causes. Through test verification, the way to solve the problem occurred in train operation mode is changed with satisfactory.

Keywords:metro power supply, DDL protection, tripping, fault analysis

收稿日期2014-07-28

中圖分類號(hào)：U231.8