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摘要：本文详细介绍了直流牵引供电线路的电流负荷变化特征和线路行车特点，阐述了直流牵引线路漏电流在线监测的测量方法，通过PLC的功能块图的编程方式实现测控逻辑编程，依据状态逻辑表实现上位机监控软件的设计编程，上位机监控软件实现牵引电缆的泄漏电流实时测量和报警功能。
关键词：直流牵引供电系统；直流牵引线路；PLC控制器；功能块图；泄漏电流
0 引言
在地铁直流牵引供电线路中，可能存在电缆、通道设施及接触网绝缘子的缺陷，以及施工、安装、维护检修过程中的伤害，造成直流牵引线路的绝缘性能下降，从而在线路上或者绝缘子处出现泄漏电流。当情况较严重时可能发生短路、线路及绝缘子烧损的事故。若采用监测手段对直流牵引线路的漏电流进行监测，提前发出报警和采取措施，就可以避免事故的发生。
目前，直流牵引系统的保护完全依靠直流继保实现，但直流继保的主要功能是联跳功能，没有漏电流监测的专用功能，因此，需要更高精度和合适量程的专用装置用于直流牵引线路漏电流的监测，以实现提前报警和保护。
1 地铁直流牵线路的概念
地铁直流牵引供电系统中，直流牵引线路是地铁车辆牵引动力能源的唯一的重要通路，直流牵引线路是一种大容量的专用、复杂、多环节设施，对于直流1500V电能的输送极其重要。地铁变电所及车站配置有专用的直流1500V电房，1500V电房的直流设备柜体内设有直流断路器，地铁车辆的负荷电流通常有几百安培，因此，直流牵引线路通常使用多根400 mm²电缆进行敷设，直流牵引线路以直流断路器为起点，经过电缆层及专用电缆通道敷设后到达接触网的隔离开关，再从隔离开关的出线端连接到接触网架空线或者刚性导线。通常柔性接触网为架空线，安装于地面上；刚性接触网为刚性导线，安装于隧道管壁。接触网通过陶瓷绝缘子与安装支柱绝缘。
图1 地铁直流牵引供电系统示意图
2直流牵线路漏电流测量方法
直流牵引线路较长，起始于直流开关柜的直流断路器下端，经连接铜排、多根直流电缆、隔离开关到接触网，若轨道上有列车运行，直流电流又经列车受电弓、牵引电机、轨道、负极电缆，最后到达负极柜，因此在实际中，直流牵引线线路长达数公里。
2.1线路无车进行测量
当线路上无车时，若直流断路器分闸，由于正负极间没有负载连接，分闸后，数公里长的牵引线路上表现为容性，其线路上的剩余电荷将通过线路的各个环节空间缓慢释放，从下图中，看到在分闸波形上表现为无限接近与0；此时，正负极未连通，牵引线路不构成回路，而且，牵引线路长数公里，存在电容效应，因此，不可以对直流牵引线路本身直接测量，电容效应对测量精度影响较大。因此在本项目中，对于牵引线路漏电流实际测量中，必须要在断路器合闸的情况下进行测量。
图2 直流牵引线路分闸曲线
2.2线路有车退出测量
当线路合闸有车，列车运行时，直流牵引电机存在直流调速，特别是在列车启停、加减速的时候，负荷电流的大小表现为不断变化，从0变到最大，或者从最大变为0。因为大量程精度低，小量程精度高，为了保证测量精度，本项目传感器量程选为1A，量程范围内输出0~5V的模拟量信号，超出1A量程，则传感器输出6.32V的模拟量信号，由于存在电流的缓慢变化，测量时，必须在传感器输出从6.32V降到量程范围一定时间以后进行测量，通常，可以是10分钟以后。在实际测量中，负荷电流通常为几百A，比1A大得多。因此，只要线路上有车，传感器输出6.32V；线路上无车，正常情况下，负荷电流几乎为0。若测得：0<负荷电流<1A，则可以认为是泄漏电流，前提是传感器输出是从小于6.32V开始的10分钟以后。
有车时不能测量，有车时，负荷电流很大，供电系统的PSACA系统已读取数值，测量无意义。
因此，测量需在直流牵引线路通电的情况下，无车时进行，为了保证传感器的测量可靠性，保证在负荷电流失去饱和10分钟以后进行。
3测量的逻辑编程
本项目在线监测选型的控制器为一款本体自带文本显示器的小型PLC控制器，编程方式采用逻辑功能块功能块图。功能块图编程方式是使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，非常适合于过程控制应用，例如过程值的测量和阈值报警等测控领域。本项目现场的每一路直流牵引线路均由3根电缆并联构成，因此，每路需要3只穿传感器同时进行监测测量，3只传感器输出的是0~5V模拟量信号，分别接入测控单元的模拟量输入端进行测量。下图是3根电缆的测量逻辑的功能块图。
B12为阈值判断功能块，传感器输出上升到6V功能块输出on，传感器输出下降到5V功能块输出off，经过B13反相器后，即传感器输出上升到6V功能块输出off，传感器输出下降到5V功能块输出on。B14为延时10分钟计时器，即当传感器输出下降到5V范围内持续10分钟后，认为是可以测量的稳定状态，即M0为测量中状态寄存器。
B17为阈值判断功能块，传感器输出上升到2.5V功能块输出on，传感器输出下降到2.45V功能块输出off，对M0测量中状态通过B18进行与运算得到M2，即M2为测量报警状态寄存器。
B15为阈值判断功能块，传感器输出上升到0.5V功能块输出on，传感器输出下降到0.45V功能块输出off，对M0测量中状态及M2反状态通过B16进行与运算得到M1，即M1为测量预警状态寄存器。状态判据逻辑见下表。
4 小结
地铁直流牵引供电系统的可靠性要求非常高，牵引线路的供电状态是其中重要的一环，通过分析直流牵引线路的分闸电流变化特征及地铁线路的行车特点，总结出了可行的测量方法，并通过PLC的功能块图编程方式完成测控逻辑，依据状态逻辑表实现上位机监控软件的编程设计，最终在监控软件上显示出电缆的泄漏电流实时测量值，实现牵引线路漏电流在线监测和报警功能。
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论文作者:何远毫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/8
标签：线路论文; 测量论文; 功能论文; 传感器论文; 电流论文; 供电系统论文; 量程论文; 《电力设备》2018年第2期论文;