外部環(huán)境導(dǎo)致地鐵出入段線直流開關(guān)電流保護(hù)動(dòng)作跳閘故障分析

0 引言

為確保直流牽引供電系統(tǒng)能夠安全、可靠地向列車供電，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求直流開關(guān)應(yīng)設(shè)置電流變化率及其增量保護(hù)，對(duì)直流牽引饋線的短路故障及異常運(yùn)行，應(yīng)有選擇地迅速切除故障，保證列車、設(shè)備和旅客的人身安全[]。

因此，運(yùn)維人員掌握電流變化率及其增量保護(hù)動(dòng)作原理和分析處理此類故障的能力至關(guān)重要。

1典型故障案例

1.1 故障概況

某日航天東路變電所直流開關(guān)215跳閘，電流上升率保護(hù)ROR（近端）動(dòng)作，上升率） 1 196A/ms. 電流變化量3339A，后自動(dòng)重合閘成功，造成入段線供電分區(qū)失電后瞬時(shí)恢復(fù)，車輛段、航天新城、航天東路、神舟大道鋼軌電位限制裝置均保護(hù)動(dòng)作。

1.2 正線供電方式

地鐵正線相鄰牽引變電所之間的供電分區(qū)為雙邊供電。中間某個(gè)牽引變電所解列時(shí)，合上解列變電所的越區(qū)支援隔離開關(guān)進(jìn)行雙邊供電；端頭牽引變電所解列時(shí)，由相鄰的正線牽引變電所進(jìn)行單邊供電。

1.3 出入段線供電方式

正常運(yùn)行時(shí)，停車場(chǎng)/車輛段牽引變電所不向正線牽引網(wǎng)區(qū)域越區(qū)支援供電，停車場(chǎng)/車輛段出入場(chǎng)（段）線與正線的連接處設(shè)置電分段，停車場(chǎng)出入場(chǎng)線由靠近停車場(chǎng)的正線牽引變電所單邊供電，車輛段出入段線由靠近車輛段的正線從接觸網(wǎng)T接電壓?jiǎn)芜吂╇姟?/p>

2 研究ROR電流保護(hù)原理

ROR保護(hù)反映電流變化增量和電流變化率，由于其動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確可靠，因此被廣泛地應(yīng)用在城軌交通牽引供電系統(tǒng)中[2。ROR保護(hù)的啟動(dòng)條件是電流變化率di/dt大于設(shè)定值，為防止保護(hù)受干擾而誤動(dòng)作，又增加了持續(xù)時(shí)間 Δt ，若經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，電流增量△I大于設(shè)定值，且不滿足返回條件，該保護(hù)動(dòng)作，可靠地切斷牽引網(wǎng)的故障。短路故障電流特性和故障距離密切相關(guān)，電流增量和電流變化率隨故障距離的增大而逐漸減小。ROR保護(hù)可以擴(kuò)大保護(hù)的范圍，更加有效地保障牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.1 ROR近端電流保護(hù)

ROR近端INS的保護(hù)邏輯是盡早察覺嚴(yán)重短路問題，識(shí)別故障電流類型，快速切斷故障電流[3]。在電流變化率di/dt大于設(shè)定值di/dt-INS（E）時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，開始計(jì)時(shí)，電流增量 ΔI 超過設(shè)定值 ΔI_ins 且時(shí)間達(dá)到 T_don 的情況下，保護(hù)使其相應(yīng)的跳閘出口。如跳閘前電流變化率di/dt小于di/dt-INS（F），或在 T_don 時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定值 ΔI_ins ，保護(hù)復(fù)歸，數(shù)據(jù)清零。

2.2 ROR遠(yuǎn)端電流保護(hù)

ROR遠(yuǎn)端DEL用來檢測(cè)變電站較遠(yuǎn)距離的短路故障，電流變化率di/dt超過設(shè)定值di/dt-INS（F），保護(hù)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流被視為檢測(cè)初始數(shù)據(jù)，測(cè)定電流變化率di/dt等于設(shè)定值di/ 'dt -INS（F開始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值 T_del 時(shí)，如檢測(cè)到電流增量 ΔI 大于設(shè)定值ΔI_del ，保護(hù)跳閘出口。若在設(shè)定時(shí)間 T_del 范圍內(nèi)，電流增量 ΔI 低于設(shè)定值 ΔI_del ，則保護(hù)復(fù)歸，數(shù)據(jù)清零。

3 原因分析

3.1直流開關(guān)故障報(bào)文及保護(hù)動(dòng)作情況分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，電力監(jiān)控后臺(tái)機(jī)報(bào)“航天東路降壓所直流饋線開關(guān)215電流上升率保護(hù)ROR（近端）動(dòng)作”，如圖1所示。

查看直流開關(guān)215保護(hù)裝置，ROR近端電流保護(hù)啟動(dòng)，上升率 1 196A/ms. 電流變化量 3339A ，如圖2所示。

核對(duì)航天東路變電所1500V直流開關(guān)柜保護(hù)定值，電流上升率為 100A/ms ，電流變化量為3300A（表1），故障值均大于保護(hù)設(shè)定值，開關(guān)保護(hù)正常動(dòng)作。

3.2 鋼軌電位限制裝置動(dòng)作情況分析

1）鋼軌電位限制裝置 Igt;gt;gt;I 保護(hù)。

當(dāng)鋼軌電位限制裝置檢測(cè)接地電流1大于設(shè)定值時(shí)， Igt;gt;gt; 動(dòng)作，接觸器瞬時(shí)閉合且閉鎖，并在柜門指示燈顯示 脫扣，閉鎖后只能人工復(fù)歸。

2鋼軌電位限制裝置 Ugt;gt; 保護(hù)。

軌電位電壓大于設(shè)定值 U₁ 時(shí)，延時(shí)時(shí)間 T₁ 后接觸器閉合。電壓消失后延時(shí)10s保護(hù)返回，接觸器是否斷開根據(jù)回路電流情況判斷。

觸頭與底座鋼架短路瞬間，短路電流流向入段線2112雙極隔刀底座接地點(diǎn)，車輛段地網(wǎng)電壓整體提升。航天城車輛段檢修庫(kù)跟隨所和航天新城牽混所離故障點(diǎn)較近，故障電流均由大地流向鋼軌，再流向負(fù)極，航天城車輛段檢修庫(kù)跟隨所3號(hào)鋼軌電位限制裝置日常合位，持續(xù)監(jiān)測(cè)電流，最大電流為-2076A，大于動(dòng)作整定值，鋼軌電位限制裝置 bgt;gt;gt; 保護(hù)動(dòng)作。由于鋼軌無法做到完全絕緣，鋼軌與大地之間有泄漏電阻存在，造成航天新城牽混所鋼軌電位為 -227V 大于動(dòng)作整定值，鋼軌電位限制裝置 Ugt;gt; 保護(hù)動(dòng)作。航天東路及神舟大道離故障點(diǎn)較遠(yuǎn)，故障電流由出入段鋼軌流向航天東路及神舟大道鋼軌，再流向負(fù)極，電流由鋼軌流向大地，大于動(dòng)作整定值，鋼軌電位限制裝置 Ugt;gt; 保護(hù)動(dòng)作，如表2所示。

電壓型框架保護(hù)檢測(cè)的是設(shè)備外殼對(duì)直流設(shè)備負(fù)極之間的電壓，由于小電阻可忽略不計(jì)，設(shè)備外殼可認(rèn)為直接接地，鋼軌和負(fù)極母排相連，所以電壓型框架保護(hù)檢測(cè)的是鋼軌和地之間的電壓。負(fù)極柜電壓型框架二段保護(hù)整定值為 150V ，動(dòng)作時(shí)間為 0.6s 鋼軌電位限制裝置 Ugt;gt; 電壓整定值為 150V ，動(dòng)作時(shí)間為0s，如表3所示。正常情況下鋼軌電位升高時(shí)，鋼軌電位限制裝置會(huì)先于電壓型框架保護(hù)動(dòng)作，使鋼軌與地連通，僅當(dāng)鋼軌電位限制裝置拒動(dòng)時(shí)，電壓型框架保護(hù)才會(huì)動(dòng)作跳閘。

3）鋼軌電位限制裝置工作原理。

當(dāng)供電分區(qū)無列車行駛，且牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行正常，鋼軌對(duì)地電位為 0v ；當(dāng)供電分區(qū)有列車行駛或接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障，由于鋼軌對(duì)地泄漏電阻存在，鋼軌電位快速升高，當(dāng)鋼軌電位達(dá)到保護(hù)定值，鋼軌電位限制裝置迅速動(dòng)作，將鋼軌與地網(wǎng)短接，以降低鋼軌電位，保護(hù)人身安全[4]。

4）鋼軌電位限制裝置報(bào)文分析。

入段線2112雙極隔離開關(guān)4A1供電分區(qū)側(cè)的靜

3.3入段線雙極隔離開關(guān)檢查

車輛段出入段線由航天東路變電所從接觸網(wǎng)T 接電源單邊供電，航天東路變電所直流開關(guān)215從 4A2供電分區(qū)取電，供給4A1入段線，車輛段接觸網(wǎng) 由車輛段牽混所單邊進(jìn)行供電。正常情況下入段線 2112雙極隔離開關(guān)分位，隔離開關(guān)靜觸頭分別連接 入段線接觸網(wǎng)和鋼軌，動(dòng)觸頭分別連接車輛段接觸 網(wǎng)和鋼軌，如圖3所示。

當(dāng)日排查發(fā)現(xiàn)入段線33#支柱隔離開關(guān)底座有長(zhǎng)約 5cm 鐵絲，入段線2112雙極隔離開關(guān)4A1供電分區(qū)側(cè)底座和靜觸頭側(cè)絕緣子上方螺栓處均有短路灼燒痕跡，如圖4所示，在線路周邊區(qū)域及入段線區(qū)域未見其他異物及異常。

綜上分析，本次航天東路降壓所215開關(guān)跳閘的原因是鳥類在2112隔離開關(guān)底座搭建鳥窩過程中，將鐵絲搭接在隔離開關(guān)靜觸頭與底座之間，造成瞬時(shí)短路。

4 改進(jìn)措施

4.1 日常巡視認(rèn)真，發(fā)現(xiàn)隱患

1）加強(qiáng)設(shè)備尤其是露天區(qū)段接觸網(wǎng)支架、隔離開關(guān)底座、橋架等部位的日常巡視，注意大風(fēng)、暴雪、凍雨等異常天氣下對(duì)供電系統(tǒng)的隱患排查，避免場(chǎng)段周圍防塵網(wǎng)固定不牢，鳥窩搭建，風(fēng)箏、氣球等異物侵限，影響接觸網(wǎng)正常運(yùn)行。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整驅(qū)鳥刺的安裝方式，一是保持驅(qū)鳥刺與帶電體的安全距離并牢固安裝，避免造成短路故障；二是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整驅(qū)鳥刺水平方向的輻射，保證能最大程度地覆蓋，降低鳥窩搭建概率。

③運(yùn)維人員需增強(qiáng)對(duì)出入場(chǎng)（段）線與正線接駁處、航天新城折返線等咽喉區(qū)段的現(xiàn)場(chǎng)情況熟悉度，掌握航天東路站等特殊區(qū)段的供電分區(qū)設(shè)置，核查航天新城、神舟大道的直流系統(tǒng)定值匹配情況。

4要熟練掌握航天新城、西安北站等特殊站點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)情況，如供電分區(qū)設(shè)置、隔離開關(guān)位置等關(guān)鍵信息，定期開展故障應(yīng)急演練，做好應(yīng)急處置準(zhǔn)備。

4.2做好航天東路解列預(yù)想

車輛段出入段線由航天東路變電所進(jìn)行單邊供電，若航天東路215開關(guān)短時(shí)無法合閘，合上入段線2112雙極隔開，由車輛段牽引變電所單邊支援供電，確保列車準(zhǔn)點(diǎn)上線運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

為解決地鐵出入場(chǎng)（段）線變電所直流開關(guān)電流保護(hù)動(dòng)作跳閘問題，研究電流變化率及增量保護(hù)原理，分析直流開關(guān)電流保護(hù)動(dòng)作跳閘原因，總結(jié)故障處理思路，以提高供電運(yùn)維人員故障處理效率，這對(duì)保障地鐵安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。

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收稿日期：2025-02-25

作者簡(jiǎn)介：李晴 （1993-） ，女，陜西西安人，碩士研究生，工程師，研究方向：城軌供電。