分析地鐵直流保護裝置的設計

宋迪

摘要：城市軌道交通在我國投入使用已有很長一段時間了，近幾年國民經濟的不斷發展促使城市軌道交通發展更如火如荼。不過，由于使用年限較長的軌道交通電氣設備皆是國外進口的，其投入時間較長幾乎都進入了老化期，有較高發生設備故障的概率，并且當初裝置的原理圖和PDB圖也未留底，導致維修時麻煩頻生，其中不少設備甚至還需要更換取代，但因為進口設備的同型號產品已經不再生產，且新產品價格昂貴又不易直接更換，使得運行維修的問題越發凸顯。所以為滿足實際需求，筆者認為還須得研發更高性能的直流保護裝置，接下來，筆者將進一步分析地鐵直流保護裝置的設計。

關鍵字：城市軌道交通；地鐵；直流保護裝置 設計

數據采集、處理判斷及發出跳閘指令等是地鐵直流保護裝置的主要任務，且地鐵直流保護裝置直接作用于地鐵牽引供電系統。雖然現階段，我國地鐵系統已投入使用了一批國產直流保護裝置，但絕大部分運行的直流保護裝置還是國外的，由此可見，研發可靠性及智能化更高的直流保護裝置將有著極大的意義。

一、城軌供電系統

城市交通運營的動力源泉便是城軌供電系統，通過傳輸、供應電能給電動列車提供牽引供電，以及其他建筑物，如車站、區間、車輛段等所需的動力照明用電。按照不同的功能，又被分為：動力照明和牽引供電系統、電源開閉所（主變電所）、外部電源及電力監控和雜散電流腐蝕防護系統，如下圖所示：

二、地鐵直流保護裝置的設計

直流牽引供電系統主要受保護的參量有：電壓、直流電源、增量和系統阻抗及變化率的檢測，即下圖所示。對這些系統的主要參數進行測量，明確保護動作與否，實現對牽引供電系統進行續電保護。

（一）檢測直流電流

對直流電流的檢測可使用霍爾電流傳感器和分流器。分流器的使用：將其串在電路中，對電流流過而產生的壓降進行測量，便可直接反映出測試電流的大小，規則有75mV和60mV兩種，常用于直流牽引供電系統回路的大電流測量。霍爾電流傳感器卻能再現電流波形，和電流測量響應時間較短的優勢，因此被常用在電流瞬時值的測量，不會引起損耗現象，常用于直流屏和UPS屏中測量直流電流。

（二）設計直流保護裝置

1、硬件平臺的設計

通過對現階段保護裝置的分析研究，及對保護對象的摸索，將解析硬件平臺的設計：

1）通用接內核的設計

以冗余設計通用接內核，其模擬輸入通道、通信通道及開入開出量皆較為寬裕，下圖為PROFIBUS通信模塊最大串行速率12M，自適應波特率，每幀256字節用于和三位機進行通信；以冗余設計網絡口和RS232/RS485，可以實現網絡互聯，和下載軟件；由于高速電子開關提供的隔離驅動能力為24V100mA，極可能在供電線路短路時，促使其他工作電源無法正常運行，所以要將其改為電容器提供，一旦檢測到裝置的瞬時短路電流，要通過裝置電子開光出口輸出一個200ms的24V脈沖電平信號啟動電容脫扣，只要此部件接收到啟動信號，就會借由電容器存儲的能量快速的分閘脫扣斷路器。

2）顯示和鍵盤

此模塊由DSP直接進行處理，在設計時要考慮以點陣漢字液晶顯示更換早期的小屏幕純字符式顯示，因為液晶顯示每屏可顯示160×80的點陣圖形或80個漢字，且它的按鍵操作方便靈活，具有上下左右確認取消+-復位等9個按鍵。

2、直流隔離放大器的設計

1）模擬采樣電路：由于ADS8364的工作鐘是DSPF2812脈寬調制PWM1產生的，因此PWM1在程序中的頻率應設置成4MHz-5MHz，促使ADS8364各個通道吞吐率可高達每秒采樣200×103個；由于ADS8364的片選信號是DSPF2812的XZCS0AND1引腳產生，因此ADS8364使用的DSP區域為1或0，物理地址范圍為2000H-6000H；為確保讀指針指向第一個數據位置就必須觸發ADS8364復位引腳RESET。穩定系統時鐘后，PWM3輸出低電平既可保證其輸出的數據與通道A0 A1 B0 B1 CO C1等對應其排位，同時BYTE的引腳接地電平，其轉換結果輸出則是16位的方式。

2）通信電路

數據傳輸主要組成部分為：外圍電路和DS2155。其中DS2155是較強大功能的EI/T1/J1收發器芯片，有完整EI/T1的發器功能，與DSPF2812接口電路時，內部控制、狀態及數據寄存器等的訪問需要使用DSPF28128位地址和數據總線。控制、狀態及數據寄存器分布用于：配置芯片的各種工作方式、存儲線路信息（差錯告警、誤碼計數等信息）、存儲信令及E1幀數據。

結語：

由于地鐵系統的供電模式為直流供電，所以直流保護裝置的設計，是為了確保直流供電系統更安全的向列出供電，因此，研發更高性能直流保護裝置將具有極為重大的意義，同時，也希望筆者的分析對廣大同行能起到啟示作用。