（西安市地下铁道有限责任公司运营分公司 西安 710016）
摘要：通过介绍供电系统中短路故障的特点和危害，阐述了地铁直流馈线开关柜中的自动重合闸与线路测试的原理，分析了它们的配合关系，对其在运行中暴露出的整定值的问题进行了分析，并得到了解决或提出了合理的建议。
关键词：短路；自动重合闸；线路测试；配合
引言
在西安地铁直流牵引供电系统中，馈线断路器在合闸前及故障跳闸后重合闸前，需经过线路测试装置对馈线进行非短路故障确认，即馈线线路测试得到测试通过后才能执行合闸命令。
1.供电系统短路故障的特点及危害
1.1发生短路后，由于用电设备被旁路，电路的回路阻抗就变小，回路的短路电流就会变得很大。短路电流通过用电设备时，使导体严重发热，造成导体温度升高甚至融化，且会损坏绝缘。
1.2短路电流通过电气设备时，在相间产生很大的电动力作用于导体上，造成设备爆炸、变形或损坏。
1.3短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁故障设备，可能发生熔焊现象；烧伤周围人员，甚至引起火灾。严重缩短了电气设备的正常使用寿命。
1.4短路电流通过变压器等设备，就将产生很大的电压降，引起发电机端电压的下降，影响电力系统的正常可靠供电，甚至引起系统振荡、解列等运行不稳定现象。
1.5尽管短路时间很短，但短时短路电流的变化率很大，可以达到每秒几千安～几十千安。同时产生高次谐波，对通信瞬间产生的干扰较大。
2.自动重合闸功能介绍
2.1自动重合闸功能的原理
在城市轨道交通直流牵引供电系统中，馈线断路器均带有线路测试及重合闸装置。为防止接触网存在短路盲目送电，烧伤断路器主触头，有可能造成事故扩大等发生，必须先判断故障性质，如果短路故障是瞬时的，如绝缘子闪络、小动物电击等，自动重合闸就会启动，通过软件逻辑比较，线路测试就会通过，使自动重合闸动作，并通过软件的程序，让相应的馈线断路器自动合闸一次。大多数情况下，线路故障（如雷击、风害等）是暂时性的，断路器跳闸后线路的绝缘性能（绝缘子和空气间隙）能得到恢复，再次重合能成功，这就提高了电力系统供电稳定运行的可靠性。如果短路故障是永久性的，如绝缘击穿、接触网地线未撤送电等，通过软件逻辑比较，线路测试就会不通过，直接闭锁了自动重合动作，避免了短路重现的后果。
2.2自动重合闸功能起动必备的四个条件
2.2.1 断路器由运行合位变成分位；
2.2.2 操作模式转换开关在“远动”位；
2.2.3 SEPCOS保护及大电流脱扣装置动作出口；
2.2.4 重合闸装置投入。
3.线路测试保护原理
西安地铁直流开关柜馈线线路测试保护装置，判断馈线线路是否存在短路，目前西安地铁一、二号线采用的是D型线路测试原理，采用的保护装置类型为SEPCOS-NG；三号线采用的是F型线路测试原理，采用的保护装置类型为SEPCOS-2。
3.1线路测试的目的
线路测试主要的功能是地铁直流牵引系统中的一种重要的保护，在对直流馈线断路器合闸向接触网送电之前，馈线保护装置会启动线路测试，依据测试结果来判断待送电的接触网上是否存在金属性短路，如果线路测试通过则合上馈线断路器否则闭锁合闸。这样就可避免断路器合到线路短路点上，躲过短路电流对断路器造成的冲击损伤。在断路器合闸前，由保护装置自动监测直流开关柜母线侧电压Ur和馈线侧接触网电压Uf，并与设定值对比（见表1）。
3.2线路测试的具体过程
通过比较分析D型线路测试原理图（见图1）和F型线路测试原理图（见图2），分析可知母线电压Ur和馈线电压Uf所分布的区域，D型线路测试和F型线路测试过程有三种情况是相同的，即电压判断方法，有一种情况的测试过程是不同，即电阻判断方法，除以上四种情况外，D型线路测试和F型线路测试均闭锁断路器的合闸。
3.3.1电压判断方法
1.如果Ur ≤ Uf residue，且Uf ≥ Uf low，说明线路已由邻所供电，断路器可直接合闸；
2.如果Ur ≥ Uf low，且Uf ≥ Uf low，说明线路侧和母线侧都有正常电压，此时可检查两者的电压差，若电压差在正常允许范围内，则断路器可直接合闸；
3.如果Ur ≤ Uf residue，且Uf ≤ Uf low，说明无母线电压无馈线电压，这种情况断路器不能合闸；
以上3种情况D型线路测试和F型线路测试的测试过程是一致的。
3.3.2电阻判断方法
原理：线路测试回路的接触器合闸瞬间会给母线电压注入短时脉冲（通过电阻限定其电流量），为了确定整个线路部分的总电阻Rx。
Rx = 馈线电阻+ 轨道电阻+ 回流电阻。
总电阻（Rx）的计算结果将决定馈线断路器 是否被允许合闸。
当总电阻Rx 大于可调电阻Rmin≥2.5Ω时，HSCB 则被允许合闸
D型线路测试的第4中测试过程：如果Ur ≥ Uf low，且 Uf ≤ Uf residue，闭合线路测试接触器T=1秒，将Ur加到线路上，测量线路的回路电阻Rx。如果电阻R≥Rmin，则断路器合闸。如果电阻Rmin＞R：则说明线路存在接地故障，线路测试肯定通不过，保护装置不会让该断路器合闸并发出该断路器闭锁信号。
回路电阻Rx的计算方法：通过电流测量放大器测得回路电流I，电压测量放大器测得馈线电压Uf，通过欧姆定律可得Rx=（Ur-Uf）/I。
F型线路测试的第4中测试过程：如果Ur ≥ Uf low，且 Uf ≤ Uf residue，闭合线路测试接触器T=1秒，将Ur加到线路上，测量线路的回路电阻Rx。如果电阻R≥Rmin，则断路器合闸。如果电阻Rmin＞R：则说明线路存在接地故障，线路测试肯定通不过，保护装置不会让该断路器合闸并发出该断路器闭锁信号。
回路电阻Rx的计算方法：线路测试装置测量直流牵引系统中的母线电压Ur，通过电压测量放大器测量馈线侧电压Uf。线路测试装置使得K15L1线路测试接触器接通1S，将母线电压通过线路测试电阻R8C1和R8C2施加到馈线侧，装置计算馈线侧回路电阻Rx=Rcalibration *Uf/（Ur-Uf），由回路电阻公式可知回路电阻和馈线电流没有任何关系，因此F型线路测试也叫全电压型线路测试。
3.4线路测试装置在西安地铁运行遇到的问题及解决办法
3.4.1 西安地铁二号线渭河车辆段牵混所
2011年11月2日、2011年12月13日西安地铁二号线渭河车辆段牵混所213送电时，线路测试均不通过，2011年12月15日用专用笔记本软件测量，这两次的线路残压为380V、368V，均大于保护整定值300V，这说明保护装置、线路测试闭锁馈线断路器是及时和正确的。经分析判定：这是馈线电缆残存一定的电荷或线路感应电的存在所致，但这种现象是有时突发的、不合理而客观存在的，而直接影响馈线的正常送电。
解决办法：立即将渭河车辆段馈线断路器（211、212、213、214）该电压整定值调节为450V。
3.4.2 西安地铁三号线香湖湾牵混所
2016年6月3日西安地铁三号线香湖湾牵混所214线路测试不通过，214闭锁合闸，根据线路测试的逻辑：当满足Uf＞Uresidue且 Uf＜Uflow时，线路测试不通过，闭锁合闸。由于测得接触网上的残压值高于保护设定值，保护装置判断接触网上有短路，所以报文显示“线路测试不通过，断路器闭锁”。
解决办法：立即将香湖湾牵混所馈线断路器214开关残压整定值调节为700V。
4.西安地铁自动重合闸与线路测试配合的关系
4.1线路测试与自动重合闸的参数设置
4.1.1通过图3分析可知，这个过程最短需要的时间为：从断路器跳闸后开始计时，重合闸启动延时15秒+线路测试时间1秒+逻辑命令执行2秒+断路器合闸固有时间约0.1秒，断路器重合成功共用时18.1秒。
4.1.2线路测试每次母线电压施加的时间，即测试时间为T（1秒）；
4.1.3两次测试所需（成功）的时间间隔为Delay（设置为10秒）；
4.1.4线路测试可以测试N Test（设置为3次）；
4.1.5对西安地铁防跳整定值（3次、共12秒钟）、自动重合闸（15秒）、线路测试（3次、两次测试间隔10秒）。
4.2线路测试与自动重合闸的执行过程
西安地铁接触网线路如果发生接地故障，SEPCOS保护出口，断路器跳闸，启动重合闸，重合闸动作出口直接合闸并启动线路测试，线路测试成功，断路器经固有合闸时间约0.1秒合闸。如果线路测试不通过，间隔10秒，又对线路进行测试，线路测试成功，断路器经固有合闸时间约0.1秒合闸。如果线路测试仍不通过，间隔10秒，又对线路进行测试，线路测试成功，断路器经固有合闸时间约0.1秒合闸。如果线路测试仍不通过，SEPCOS就闭锁断路器合闸。
通过以上数据分析：防跳设定次数N=3，允许断路器按防跳间隔时间（T=12秒）连续分闸的最高次数。一次的重合闸延时15秒，已经大于防跳延时12秒，也就是说明只能重合一次，防跳3次也就无法实现。
建议：根据其它地铁运行经验，可将重合闸的延时缩小到4秒，将线路测试间隔时间缩小到2秒，将防跳的间隔时间延长到20秒，才能实现防跳3次的功能。
4.3馈线断路器操作模式在“远方”，跳闸过程中线路测试和自动重合闸的配合关系
馈线断路器操作方式在“远方”位，在馈线断路器保护出口并使断路器跳闸后的配合关系有三种类型（见图4）。
4.3.1 由Rq取样测得的Uf＞Uf low（接触网允许工作最低电压整定值900V），线路测试“旁路装置”不投入而直接合闸馈线断路器。
4.3.2测得900V＞Uf ＞Uf residue（700V），按设置参数在约1分钟时间内测3次（每测1次，“测试进行中”灯闪烁1次），3次测完后停止测试并“闭锁”灯亮。须注意：测得的Uf在此范围，线路测试“旁路装置”不投入，馈线断路器也不会重合。
4.3.2 测得的Uf＜700V，闭合线路测试接触器将线路测试“旁路装置”接入，测量线路回路电阻Rre在约1分钟内可接入3次，每次接入时间为1秒。3次测完后测试停止并“闭锁”灯亮。R网＞2.5欧，馈线断路器自动重合。
5.结束语
通过对西安地铁直流牵引供电系统中的线路测试保护和自动重合闸功能的动作原理进行了分析，并说明了渭河车辆段牵混所213和香湖湾牵混所214所带馈线存在线路测试整定值的实际问题与解决办法；通过分析线路测试、自动重合闸的配合及配合现在存在的问题，提出了解决配合的合理建议的设想。
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论文作者:葛永平1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：线路论文; 测试论文; 断路器论文; 馈线论文; 电阻论文; 电压论文; 西安论文; 《电力设备》2019年第8期论文;