直流牽引供電系統的DDL保護

2019-11-27 13:02:02李國玉

船電技術 2019年11期

關鍵詞：故障

周鑫，張婷，李國玉

直流牽引供電系統的DDL保護

周鑫，張婷，李國玉

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

DDL保護作為直流牽引供電系統中線路上的主要保護，可以有效的保護直流牽引供電系統。該文首先介紹了DDL保護的工作原理，給出了保護動作的邏輯流程。介紹了DDL保護的整定方法。結合實際運營情況，描述了DDL保護應該注意的問題。

直流牽引供電系統 DLL保護直流饋線

0 引言

南寧地鐵三號線直流牽引開關采用的是武漢船用電力推薦裝置研究所研制的ZDS3-40/18型開關，其微機綜合保護裝置采用的是ZJK-11保護裝置。ZJK-11主要用于保護直流牽引供電系統，可以檢測到供電系統即將發生短路的現象。ZJK-11是一個微型中央處理系統，可以通過外部的設置，使其具有可操作性，可擴展性。南寧地鐵三號線1500 V直流饋線保護及控制的設置包括：DDL △，DDL △，max+，min，熱保護，聯跳，防跳，線路測試的合閘及重合閘。

1 DDL保護的工作原理

DDL保護主要就是通過分析電流上升率d/d，電流增加持續的時間和電流增量△，檢測短路故障。其原理為，在系統正常運行時，持續測量電流，并實時計算電流變化率d/d，以及實時的電流值，當電流變化率大于啟動值時，并且下一毫秒時刻的電流值大于返回值，DDL保護啟動。當其電流的增量大于△時，DDL △保護發出跳閘命令，使得斷路器進行分閘操作。

當電流上升率滿足d/d＜，且下一毫秒＞，經過一個延時時間，延時結束時△I與電流增量△滿足△I大于△時，則通過DDL △T切除故障。

基于以上分析，可得出DDL △的動作方程：

DDL △保護動作方程：

1）d/d＞且d/d＞，△I1＞E△I

上式中，d/d為電流上升率；為保護電流上升率的起始條件；為電流上升率的復位值?！?為d/d＞電流增量；△為保護的電流增量整定值。

DDL △T保護動作方程

2）E＜d/d且d/d＞，△2＞△，t＞T

上式中，為DDL △T保護電流上升率的復位值；為DDL △保護電流增量持續時間；為DDL △保護的延時時間；△2為DDL △到達整定值時的電流增量。

圖1 DDL保護流程圖

為了使實際運行的時候，供電系統避免誤動作，并且在發生線路故障時，能夠準確及時有效的切斷故障線路，DDL整定時候應該遵循以下幾點原則：

1）設定DDL △的起動值應該大于列車正常啟動時的最大電流上升率。

2）當列車正常啟動時或者牽引網分斷時會產生較大的沖擊電流，這個時候DDL △的電流增量應該避免沖擊電流。

3）DDL △保護的整定，除了考慮鄰站之間的保護，還需要考慮車內濾波器充電的充電周期，需取兩者之間的較大值。

2 DDL保護的動作邏輯分析

測量饋電電流及d/d。

將測量到的d/d與設定值和比較。如果測量d/d＞E，則開始測量電流增量（△）并計時，允許有d/d＜的情況（小于的時間不大于Tback）。

如果測量值△＞△設定值，則經過一段時間T后，發出跳閘信號。

或如果計時時間＞設定值，且電流的增量△＞設定值△min，則發出跳閘信號。

如果在檢測到△設定值或之前，d/d＜，則△和復零。

當電流持續增加時，測量到電流增量△＞△max并且時間大于或等于t△max，這時DDL △保護動作并同時發出跳閘信號。若在保護出口動作前檢測到電流變化率d/d低于，整個保護復歸，相關參數清零。

表1 主要參數設置表

當電流的增量△＞△min并且電流持續增加的時間△＞max時，DDL △T保護動作同時發出跳閘信號。若在保護出口動作前檢測到電流變化率d/d低于，整個保護復歸，相關參數清零。（DDL △保護與DDL △保護的啟動值與返回值可以設置為同一值）

圖3 DDL+△I跳閘特性曲線

2.1 故障檢測舉例

表2 故障曲線表

圖中黃色部分為跳閘區域，圖中有6條曲線，當滿足這6條曲線工況的時候，且數值處于黃色跳閘區域時，綜保將會發出跳閘命令。

圖4 跳閘曲線

3 保護整定原則

1）斜率E的設定

判斷DDL保護是否發生的初始條件是d/d是否＞。將短路穩態電流設為cc，將短路時間常數設為經過計算得出，短路狀態下的斜率就為=(cc/)。當線路上有較大的牽引電流時，值不宜設置的過高，這時可以適當降低E值，但是E值不宜設置的過低，因為列車正常啟動時會產生牽引電流，如果值過低，而此時因列車啟動產生的d/d＞值，容易將正常的列車牽引啟動誤判斷為短路故障。發生誤跳閘。

2）斜率F設定

如果線路上產生d/d＞時，DDL保護啟動，但是如果接下來的時間內d/d＜并且檢測時間max，保護裝置令DDL復位，將不會發出跳閘信號，檢測結束。適當降低設定值，使得DDL保護更加精確，可以提高DDL保護的max值動作精度。從另一方面說，適當降低值能更好的辨認出線路末端的短路故障。

3）△max的設定

如果△max值設的過小的話，會導致線路頻繁發生DDL保護，發出跳閘信號，所以可以將其值設置大一些。但是為了獲得有效的DDL功能，△max設定值過高和過低都是不可取的，因此為了獲得該值，需要在列車滿載的情況下確認當時電流的大小。ZJK-11的初始△max設置不會小于列車啟動時的牽引電流。

4）△Imax的設定

表示要進行DDL △保護，保護的時間必須經過T△max后，且檢測到△大于△max后，才允許其發出跳閘命令。

5）△min的設定

ZJK-11初始值設為小于或等于線路末端短路電流，大于供電區間機車輔助電流。

6）max的設定

如果max值過小，在牽引所近距離的地方發生短路，電流的變化曲線可能與遠端發生短路，電流變化的曲線詳細，這時可以適當增大max。所以確定max值的時候，可以采用逐漸增大的方式進行試驗，即一旦試驗所得的max不再影響正常牽引便可確定該值，但是也不能無限增大，會造成遠端的故障檢測不出。

4 發生近端及遠端短路時的工況

1）當發生短路時，電流上升的時間過短，未到達設定的△持續時間，保護不啟動，不會發出跳閘信號。

2）當發生短路時，電流持續上升并且電流的增量△和持續時間△max都大于設定值，此時將發出跳閘命令。

3）當發生短路時，電流持續上升，電流的增量△＞設定值△max。但因上升中斷未超過設定的△持續時間，并不會發出跳閘信號。

4）電流上升過程中因上升中斷，但超過了設設定的△，di/dt延時，重新開始檢測電流斜率。即使超過了設定△跳閘定值，此時保護不啟動，開關不跳閘。

5）當發生遠端短路時，電流上升速率超過整定值△且持續時間超過△max，保護啟動發出跳閘信號。

6）當發生遠端短路時，電流上升速率緩慢未達到整定值，保護不啟動，不發生跳閘信號。

5 DDL保護實際運用分析

南寧三號線投入運行至今已有6個月的時間，ZJK-11確保了直流開關的安全可靠運行，DDL保護充分體現了保護的可靠性、靈敏性、準確性，d/d或△、△均有相應動作采樣顯示，為故障分析判斷提供了理論依據。完全滿足系統運行安全要求。

在運行期間曾發生過跳閘保護，ZJK-11運行良好，驗證了保護的準確性。以下就南寧東溝嶺—東葛路保護跳閘動作做詳細說明。

1）東葛路211饋線柜保護跳閘分析

如下表（DDL錄波數據）所示：在40 s 592 ms時刻，電流上升率d/d到達60 A/ms（超過DDL保護啟動值E，整定50 A/ms，在40秒592毫秒至40秒598毫秒期間，電流持續增大，d/d持續增大，電流增量Δ（3802 A-91 A=3711 A）大于Δmax的整定值3500 A，持續ΔImax（整定1 ms）后，第一次DDL ΔI保護出口。隨后電流有一個短暫的穩態，在40 s 609 ms時刻，電流上升率d/d返回到-1 A/ms，使得DDL △I保護返回。在40 m 612 ms時刻，電流上升率d/d到達86 A/ms，超過整定值。在40 s612 ms至40 s 618 ms期間，電流持續增大，d/d持續增大，電流增量Δ（11094-6814=4280 A）大于Δmax的整定值3500 A，持續ΔImax（整定1 ms）后，第二次DDL ΔI保護出口。

表3 饋線柜錄波數據

通過以上電流故障錄波波形可知：本饋線開關切斷電流最大值約14816 A，保護分斷全過程時間（電流從開始升上到下降到零）約55 ms，電流大于9000 A持續時間大于22 ms，滿足綜保裝置的max++保護整定（9000 A/1 ms）。40秒616毫秒max++保護出口（在ddl保護動作之后），同時大電流脫扣保護動作。

由綜保二次保護固有動作時間可知：如果是DDL保護最終實現開關保護，則全過程時間應該大于140 ms，從故障錄波波形可知：保護分斷全過程時間（電流從開始升上到下降到零）約55 ms，故最終是由開關本體大電流脫扣實現開關最終保護。

表4 東葛路211饋線柜整定值表（節選）

圖5 東葛路211饋線柜電流故障錄波

2）東溝嶺213饋線柜保護跳閘分析

如下表（DDL錄波數據）所示：在40 m614 ms時刻，電流上升率d/d到達71 A/ms（超過DDL保護啟動值E，整定50 A/ms，在40 s614 ms至40 m 646 ms期間，電流持續增大，d/d持續增大，電流增量Δ（5074A-1353A=3721A）大于Δmax的整定值3500 A，持續Δmax（整定1 ms）后，DDL Δ保護出口。在9秒364時刻Δ等于60 ms，電流增量Δ（8461-1353=7108 A）大于Δmin的整定值1000 A，DDL Δ保護出口。

通過以上電流故障錄波波形可知：本饋線開關切斷電流最大值約10001 A，保護分斷全過程時間（電流從開始升上到下降到零）約120 ms，電流大于9000 A持續時間大于30 ms，滿足綜保裝置的Imax++保護整定（9000 A/1 ms）。40秒683毫秒Imax++保護出口（在DDL保護動作之后），DDL ΔI保護實現開關的最終保護。

3）東葛路212饋線柜保護跳閘分析

如下表（DDL錄波數據）所示：在40 s 636 ms時刻，電流上升率d/d到達70 A/ms（超過DDL保護啟動值E，整定50 A/ms，在40 s 636 ms至40 s696 ms期間，電流持續增大，d/d持續增大，在40 s 696 ms時刻Δ等于60 ms，電流增量Δ（3482-（-759）=4241 A）大于Δmin的整定值1000 A，DDL ΔT保護出口。