基于快速線路測試的直流饋線斷路器重合閘失敗分析

摘要：通過對一起地鐵供電系統750V直流饋線斷路器重合閘不成功事件的分析，反映了在地鐵直流供電系統中，由于接觸軌殘壓下降需要一定時限和斷路器ED儲能需要時間，在使用快速線路測試重合閘時，需要經過綜合分析和計算，以防造成快速線路重合閘不成功的情況。

關鍵詞：直流饋線斷路器、重合閘策略、快速線路測試、原因分析

0引言

當前我國地鐵直流牽引供電系統中，大多以750V或1500V直流電源作為機車牽引動力，直流饋線斷路器作為主要的供電斷路器，它的重合閘成功率是保障地鐵安全穩定運營的可靠保證，在直流供電系統中起著舉足輕重的作用。當直流上網電纜或接觸軌出現非永久性故障時，保護裝置使直流饋線斷路器跳閘，為保證地鐵供電的穩定性，直流饋線斷路器將進行一次重合閘。為了提高重合閘速度，地鐵供電系統中經常會使用到一種快速線路測試重合閘，當判斷線路電壓大于等于閾值（如500V）時，線路測試直接通過，斷路器立即進行重合閘。本文對一起750V直流饋線斷路器快速線路測試重合閘不成功事件的過程和現象進行研究分析。

1. 事件情況

2018年2月某地鐵1號線各站點DC750V 直流開關柜饋線柜由于電網電壓波動先后報出 di/dt 保護跳閘，斷路器正常分斷后均未自動重合閘成功。該區段內使用的750V直流開關保護裝置為MS?U-MLE-Ts，斷路器本體為GE品牌。保護裝置內使用的重合閘邏輯如下：

由上圖可以看出，快速線路測試重合閘只需要判斷跳閘后線路電壓大于等于500V時，就立即（ms級別）重合;而正常重合閘需要進行16s的線路測試，即通過測試接觸器注入電壓，判斷最小殘壓和最小殘余電阻滿足條件，線路測試通過，斷路器才能合閘。

2主跳站重合閘失敗分析

2.1主跳站重合閘失敗事件記錄

連接調試電腦，查看主跳站事件記錄情況，發現以下事件記錄：1）主跳站于02：13：48：240啟動di/dt保護信號（start di/dt），40ms后，繼保判定線路確實存在故障，于02：13：48：280 發出保護跳閘指令（Trip di/dt），同時輸出ED脫扣命令（1.R2）、分勵脫扣命令（0.R1），聯跳鄰站（0.R3）信號，設備故障報警信號（0.R2）;2）繼保發出ED脫扣命令（1.R2）10ms后，于02：13：48：290接收到ED儲能未完成狀態信號（0.D2），說明此時ED脫扣器已經動作;3）02：13：48：300繼保接收到斷路器狀態轉換信號，也就是此時已完成了斷路器的分閘動作，其中斷路器合狀態消失（0.D1下降沿）、分狀態產生（0.D4上升沿）。在斷路器完成分閘的同時，按繼保自動重合閘邏輯，繼保啟動自動重合閘進程（ARP上升沿）;4）在di/dt保護啟動后的290ms，也就是02：13：48：530繼保發出線路測試進行中指令（1.R4上升沿）;現階段饋線柜全部投入快速線路測試功能（Vfast設置閥值為500V），且接觸軌電壓下降較慢，在啟動線路測試時電壓仍高于500V，故線路測試直接通過，同時繼保發出了線路測試成功指令（LTOK）;5）按繼保自動重合閘流程，線路測試成功（LTOK）后，發送斷路器合閘命令（0.R6），置位內部標志位RCL。繼保發出合閘指令（0.R6 上升沿），02：13：48：540至02：13：48：950，脈沖長度為410ms，繼保同時檢測斷路器是否合閘，如未合閘在檢測時間“tCHK”（400ms）結束后，發出自動重合閘閉鎖命令（ARL）;6）由繼保事件記錄可知繼保發出的合閘指令在 02：13：48：950 時刻結束，此時斷路器 ED 儲能尚未完成，故未合閘成功;7）繼保發出合閘指令后 9s270ms后，方完成斷路器 ED 儲能動作。

2.2主跳站重合閘失敗原因分析

針對事件記錄的第4）點“接觸軌電壓下降較慢，在啟動線路測試時電壓仍高于500V，故線路測試直接通過”。選取站點實際模擬di/dt保護動作進行直流饋線斷路器保護動作試驗驗證，用示波器錄取波形如下所示：

由示波圖分析可知：接觸軌失電后，根據供電區間的長度不同，接觸軌上的殘壓完全降至500V以下需要400ms左右。從事件記錄中分析可得跳閘失電至啟動快速重合閘的事件為290ms，此時電壓確實高于500V，啟動快速線路測試重合閘，立即合閘;但由事件記錄的第6）、7）點可知，在合閘脈沖（410ms）結束時，斷路器ED儲能還未完成，直至02：13：58：220 時，繼保接收到斷路器ED儲能完成信號，也就是說在合閘指令發送完畢9s270ms后斷路器完成 ED 儲能。在斷路器未完成 ED 儲能前，斷路器不接收外部合閘指令，故重合閘失敗。

綜上所述，主跳站重合閘失敗原因是斷路器分閘后，接觸軌電壓400ms內仍有500V左右的電壓，快速線路測試通過，保護裝置發出合閘命令，但此時斷路器ED 儲能未完成（ED 儲能自能量釋放至再次完成儲能預計需 14s），斷路器無法進行合閘。

3被聯跳站重合閘失敗分析

3.1被聯跳站重合閘失敗事件記錄

連接調試電腦，查看被聯跳站事件記錄情況，發現以下事件記錄：1）被跳站在 02：13：37：540 接收到主跳站過流聯跳信號（2.D3 上升沿）;2）10ms 后繼保發出故障信號（0.R2）及斷路器分勵脫扣命令（0.R1）;3）被跳站在 02：13：37：630～02：13：37：640 時間內，完成斷路器的分閘動作，斷路器分狀態（0.D4上升沿）;此時完成斷路器第 1 次跳閘動作;4）斷路器完成分閘后，首先判斷是否為保護跳閘，非保護跳閘將發出自動重合閘閉鎖信號（ARL，此信號僅閉鎖 RCL，不會影響 LT 動作）;5）斷路器分閘后 20ms，在 02：13：37：660 時刻，被跳站繼保在過流聯跳信號（2.D3 下降沿）發出線路測試進行指令（1.R4 上升沿），由于接觸軌電壓下降較慢，在線路測試進行過程中，電壓仍高于500V（快速線路測試啟動閥值），繼保直接啟動快速線路測試，發出了線路測試成功指令（LTOK）;6）線路測試成功后，繼保在 02：13：37：670 發出合斷路器指令（0.R6 上升沿），斷路器進行合閘動作;7）在02：13：37：800時刻繼保接收到斷路器合狀態（0.D1 上升沿）;此時繼保第1次發送斷路器合閘命令;8）斷路器合閘成功的瞬間（10ms），被跳站繼保再次收到主跳站過流聯跳信號（2.D3 上升沿），時間為 02：13：37：810;9）10ms 后繼保發出故障信號（0.R2）及斷路器分勵脫扣命令（0.R1）;10）被跳站在 02：13：38：130 時刻，完成斷路器的分閘動作，斷路器分狀態（0.D4 上升沿）;此次跳閘由于斷路器在短時間（600ms）內連續動作，分斷時間被保護性拉長（330ms），此時完成斷路器第 2 次跳閘動作。11）在 02：13：38：150 時刻，被跳站繼保在過流聯跳信號（2.D3 下降沿、02：13：38：140 時刻）發出線路測試進行指令（1.R4 上升沿），由于接觸軌電壓下降較慢，在線路測試進行過程中，電壓仍高于 500V（快速線路測試啟動閥值），繼保直接啟動快速線路測試，發出了線路測試成功指令（LTOK）;12）線路測試成功后，繼保在 02：13：38：160 發出合閘指令（0.R6 上升沿），且一直保持高電平對外輸出;此時繼保第 2 次發送斷路器合閘命令。

3.2被聯跳站重合閘失敗原因分析

由3.2.1事件記錄分析及現場觀察情況，被跳站跳閘后進行了一次重合閘，但合閘的瞬間又被聯跳信號跳開。原因為重合閘結束后，再次收到鄰站聯跳信號（2.D3 上升沿），導致了斷路器再次跳閘。如下圖所示，第一次過流聯跳后，由于接觸軌電壓下降較慢，在被跳站啟動線路測試時，接觸軌電壓仍大于 500V（快速線路測試啟動閥值），故被跳站直接啟動快速線路測試，立即進行合閘，在 260ms 的時間內完成了斷路器分閘后的合閘;但此時主跳站發送的聯跳脈沖（1s）尚未發送完畢，故被跳站會繼續接收主跳站的過流聯跳信號，導致被跳站斷路器再次跳閘。

綜上所述，被聯跳站重合閘失敗原因是被聯跳站斷路器跳閘使用分勵脫扣，無需儲能，接觸軌電壓400ms內仍有500V左右的電壓，快速線路測試通過，斷路器合閘成功，示波器圖形可以看出跳閘200ms后，電壓由400V升高至正常電壓（維持時間150ms左右）;但此時主跳站發出的鄰站過流聯跳信號（信號持續 1s）仍未發送完畢，又將被跳站斷路器再次跳閘。

4結束語

本文通過對饋線斷路器重合閘失敗事件的分析，暴露出快速線路測試重合閘在實際應用過程中存在的問題，應結合實際情況考慮接觸軌殘壓下降需要的時限和斷路器ED儲能時間等各種因素，當客觀條件受限時，也就失去了快速線路測試重合閘的優勢，經綜合考量取消快速線路測試重合閘后，試驗驗證重合閘全部成功。本文為今后優化地鐵饋線斷路器重合閘保護、選型配合以及類似跳閘事件提供了新的查找方向和思路，具有實際意義。

參考文獻

昆明地鐵運營有限公司編.變電檢修.西南交通大學出版社，2015.4

李群湛.賀建閩著.牽引供電系統分析[M].成都西南交通大學出版社，2007.9

潘啟敬著.牽引供電系統繼電保護[M].北京中國鐵道出版社，1993

張福生.牽引供電系統.北京交通大學出版社2013.6

李志慧.牽引供電系統及運行.北京交通大學出版社2018.8

作者詳細介紹：盧鳳磊（1983年1月），男，籍貫山東，漢族，本科，主要從事地鐵供電設備的運行維護工作，目前就職于昆明地鐵運營有限公司，云南省昆明市，650200