韓妮樂(lè) 于勉

摘 要：本文結(jié)合地鐵供電故障實(shí)例，深入剖析了直流牽引系統(tǒng)保護(hù)情況及短路故障原因，并結(jié)合重合閘原理，總結(jié)出了直流系統(tǒng)短路故障的判斷方法及處理措施，使地鐵維保人員在故障發(fā)生后能夠快速、準(zhǔn)確地查找到故障點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行處理，減少故障對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的影響，對(duì)地鐵供電系統(tǒng)的應(yīng)急搶修具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：直流 短路 保護(hù) 重合閘

中圖分類(lèi)號(hào)：U321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0148-01

直流牽引系統(tǒng)為地鐵列車(chē)提供動(dòng)力，其安全可靠運(yùn)行是地鐵安全、可靠運(yùn)營(yíng)的保證。縱觀地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，牽引變電所內(nèi)直流系統(tǒng)的故障形式主要有：短路故障、過(guò)負(fù)荷故障、過(guò)電壓故障等。最常見(jiàn)且危害最大的當(dāng)屬短路故障，一旦發(fā)生直流系統(tǒng)短路將直接中斷正線行車(chē)，造成地鐵停運(yùn)。因而如何快速地查找、處理直流系統(tǒng)短路故障，顯得尤為重要。直流系統(tǒng)短路故障按原理可分為兩種：一種是正極對(duì)負(fù)極短路；另一種是正極對(duì)地短路。

1 直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況

1.1 短路故障案例

正極對(duì)地短路。因施工原因，造成A變電所周?chē)裨O(shè)的直流饋線電纜接地，使所內(nèi)控制信號(hào)盤(pán)二次回路、上網(wǎng)隔開(kāi)操作箱發(fā)生大面積燒灼，并伴有冒煙和火花，隨即所內(nèi)相應(yīng)直流開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘，整個(gè)直流系統(tǒng)癱瘓、供電中斷，故障時(shí)最大峰值電流為5527 A，DDL-Delta-I保護(hù)、框架保護(hù)動(dòng)作，時(shí)間為23 ms。

正極對(duì)負(fù)極短路。地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)段，列車(chē)運(yùn)行至某接觸網(wǎng)供電區(qū)間，因受電弓上方遺留的金屬工具在列車(chē)行駛過(guò)程中與接觸網(wǎng)、車(chē)體碰撞發(fā)生短路，造成直流開(kāi)關(guān)大電流脫扣及DDL Delta I保護(hù)動(dòng)作而跳閘，中斷地鐵運(yùn)營(yíng)5 min以上，故障時(shí)兩端短路電流分別達(dá)到12925 A、13657 A（大電流脫扣保護(hù)定值為8000 A）。

以上兩起事故均造成了接觸網(wǎng)停電及列車(chē)中斷，故障瞬間產(chǎn)生很大的短路電流，電壓驟降，對(duì)線路形成巨大損壞。

1.2 保護(hù)配置原則

直流系統(tǒng)的多數(shù)保護(hù)都是為了切除正極對(duì)負(fù)極短路故障，一般為大電流脫扣、DDL-Delta-I保護(hù)，框架保護(hù)則是為了切除正極對(duì)地短路故障。

1.2.1 大電流脫扣保護(hù)

用以快速切除金屬性近端短路故障，通過(guò)斷路器內(nèi)設(shè)置的脫扣器實(shí)現(xiàn)。一旦檢測(cè)到瞬時(shí)短路電流超過(guò)保護(hù)定值，磁場(chǎng)產(chǎn)生的作用力將使斷路器動(dòng)、靜觸頭迅速脫扣，使斷路器跳閘，起到保護(hù)作用，其固有動(dòng)作時(shí)間僅幾毫秒，往往先于電流上升率及電流增量保護(hù)動(dòng)作。

1.2.2 di/dt和ΔI保護(hù)

兩種保護(hù)相互配合使用，簡(jiǎn)稱(chēng)DDL-Delta-I，應(yīng)用于中、遠(yuǎn)端短路故障保護(hù)，既能切除近端短路電流，也能切除大電流脫扣保護(hù)不能切除的故障電流較小的遠(yuǎn)端短路故障，誰(shuí)較早激活就由誰(shuí)先出口跳閘。

1.2.3 框架保護(hù)

直流設(shè)備外殼即為框架，框架泄露保護(hù)由電流元件和電壓元件組成。當(dāng)任意一個(gè)直流設(shè)備內(nèi)發(fā)生正極對(duì)外殼短路時(shí)，接地電流通過(guò)框架電流元件流入綜合接地網(wǎng)，再通過(guò)鋼軌與地之間的絕緣泄漏電阻回到鋼軌（負(fù)極）。當(dāng)接地電流超過(guò)整定值（80 A）時(shí)，框架泄漏保護(hù)的電流元件迅速動(dòng)作。電壓元件檢測(cè)設(shè)備外殼與直流設(shè)備負(fù)極之間的電位差，等價(jià)于鋼軌和地之間的電壓，與軌電位限制裝置配合使用。

2 直流系統(tǒng)短路故障原因

牽引電流經(jīng)直流饋線開(kāi)關(guān)、饋線電纜、上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)輸送到接觸網(wǎng)上，再經(jīng)列車(chē)、鋼軌、回流線回到負(fù)極，形成一個(gè)有效的閉合回路。造成直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的原因總體來(lái)說(shuō)歸納為以下兩大類(lèi)。

2.1 正極對(duì)負(fù)極短路故障

多數(shù)是由于架空接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路所引起的，如接觸網(wǎng)斷線掉落到鋼軌上、機(jī)車(chē)頂部對(duì)接觸網(wǎng)放電、錯(cuò)誤掛接地線等，造成直流正極對(duì)負(fù)極瞬時(shí)短路，短路電流可達(dá)幾萬(wàn)安，導(dǎo)致直流開(kāi)關(guān)大電流脫口保護(hù)瞬間動(dòng)作，DDL-Delta-I相繼啟動(dòng)。

2.2 正極對(duì)大地短路故障

設(shè)備本體：老鼠、蜈蚣等小動(dòng)物爬入帶電回路；小金屬線頭、未使用的螺絲、墊圈等零件，掉落在帶電回路上，造成直流正極與框架短路，引起框架保護(hù)動(dòng)作。

線路：可能是接觸網(wǎng)、饋線或變電所饋線電纜接地；絕緣子擊穿、折斷；隔離開(kāi)關(guān)處于接地狀態(tài)、引線脫落；接觸網(wǎng)對(duì)架空地線放電；機(jī)車(chē)主回路接地等。

正極接地故障多為持續(xù)性短路故障，如不及時(shí)清除，容易將故障擴(kuò)大為直流正極通過(guò)綜合接地裝置、鋼軌與地之間的泄露電阻到負(fù)極的短路事故，對(duì)多處直流設(shè)備將造成嚴(yán)重?zé)龘p，破壞性及危害更大。

3 直流系統(tǒng)短路故障排查方法

為盡快恢復(fù)供電，同時(shí)避免斷路器合到在故障線路上，直流開(kāi)關(guān)保護(hù)模塊具有通過(guò)線路測(cè)試，判別故障性質(zhì)的自動(dòng)重合閘功能。重合閘成功與否和保護(hù)動(dòng)作情況可作為判別短路故障原因的重要依據(jù)。

3.1 重合閘原理

線路測(cè)試功能通過(guò)測(cè)量直流母線電壓和饋線電壓可以判斷出主回路是否正常工作，這樣一來(lái)，線路測(cè)試回路電阻Rx將決定斷路器是否被允許合閘。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：

Rx>2.5Ω，瞬時(shí)性故障，重合閘成功。

Rx<2.5Ω，瞬時(shí)性故障，重合閘不成功。

注：框架保護(hù)不起動(dòng)線路測(cè)試和重合閘。

3.2 重合閘成功

一般是由列車(chē)故障等外部原因或接觸網(wǎng)短時(shí)閃絡(luò)造成金屬性短路所致，多為瞬時(shí)性短路故障，且保護(hù)類(lèi)型多為大電流脫扣、DDL-Delta-I。此時(shí)供電設(shè)備均能夠正常運(yùn)行，應(yīng)注意觀察設(shè)備運(yùn)行狀況并對(duì)直流開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行錄波；組織該趟列車(chē)下線運(yùn)營(yíng)，安排接觸網(wǎng)人員對(duì)故障區(qū)段正線進(jìn)行登乘巡視，待運(yùn)營(yíng)結(jié)束后組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)對(duì)直流開(kāi)關(guān)本體、接觸網(wǎng)、列車(chē)做詳盡的檢查和分析。

3.3 重合閘不能成功

此時(shí)故障應(yīng)為持續(xù)性故障。若框架保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)嘗試對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行復(fù)歸。若復(fù)歸成功，經(jīng)電調(diào)允許后進(jìn)行試送電，按照電調(diào)要求作進(jìn)一步處理；若不能復(fù)歸，則解除故障所對(duì)相鄰牽引變電所的閉鎖條件，退出本所的整流機(jī)組，通過(guò)越區(qū)開(kāi)關(guān)進(jìn)行大雙邊供電。若大電流脫扣保護(hù)動(dòng)作，故障點(diǎn)有可能在饋線至上網(wǎng)電纜處，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)聽(tīng)從電調(diào)安排進(jìn)行設(shè)備檢查。

3.4 后續(xù)處理措施

對(duì)于變電所，仔細(xì)檢查直流斷路器動(dòng)靜觸頭、滅弧柵片等，對(duì)燒傷部分進(jìn)行打磨、更換；若為電纜故障，使用電纜故障測(cè)試儀對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，故障點(diǎn)找到后，做電纜中間接頭，將兩端非故障電纜連接起來(lái)；若為接觸網(wǎng)或列車(chē)故障，應(yīng)采用打磨、重新連接或更換元器件等措施滿足檢修標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

直流牽引供電系統(tǒng)聯(lián)鎖關(guān)系較為復(fù)雜，短路故障點(diǎn)多面廣，不易查找，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象、保護(hù)動(dòng)作情況、重合閘情況等綜合分析。地鐵供電維保人員在日常工作中應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備巡視、強(qiáng)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從根本上杜絕短路事故的發(fā)生，同時(shí)提高自身故障分析處理能力，最大限度地減少對(duì)地鐵行車(chē)及運(yùn)營(yíng)影響。

參考文獻(xiàn)

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