DC1500V馈线开关自动重合闸功能优化
刘俊
（广州地铁集团有限公司，广东 广州 510000）
摘要：本文主要对广州地铁三号线DC1500V馈线开关自动重合闸功能异常现象进行了深入的分析和测试，提出了解决方法，并对DC1500V馈线开关自动重合闸功能进行了优化，取得较好的实际效果。
关键词：自动重合闸功能；分析和测试；优化
0 引言
广州地铁三号线发生过几起DC1500V馈线开关联跳后自动重合闸不能启动的事件，对供电系统的运行产生很大的影响。事件发生后，对双边联跳及重合闸功能进行测试，测试的结果是联跳后启动自动重合闸功能不稳定。在同等的测试条件下，存在有时能启动重合闸，有时不能启动重合闸的问题。这种现象在一定程度上会误导现场人员对故障的判断，延误地铁列车供电的恢复，存在较大安全隐患。本文主要对此现象进行了深入的分析和测试，提出了解决方法，并对DC1500V馈线开关自动重合闸功能进行了优化。
1 DC1500V馈线开关的保护配置
由于近端和中远端的短路故障特性差异较大，单一的一种保护难以兼顾速动性与选择性的要求，需要根据直流牵引系统近端以及中、远端的故障特征分别配置相应的保护。DC1500V馈线开关配备如下保护：大电流脱扣保护（断路器本体保护）、Imax速断保护、I、di/dt保护、过流保护、热过负荷保护、双边联跳保护等。变电所DC1500V直流设备设一套框架保护装置，安装于负极柜内。
2 双边联跳
广州地铁三号线地铁列车采用DC1500V供电系统，正线及车辆段分成若干供电分区。根据地下铁道设计规范中“在事故状态下接触网短路电流的保护，保证双边供电接触网区段两条馈线的开断”的设计原则，正线供电分区由两个变电所双边供电，当本所侧馈线断路器因保护出口动作跳闸，此断路器保护装置会同时发送联跳信号，使本供电分区对所侧断路器动作跳闸。对所侧、本所侧断路器跳开后，本所侧保护装置进入自动重合检测程序，满足条件则自动重合闸；对所侧保护装置根据接收联跳信号进行判断，进入或闭锁（即终止）自动重合闸检测，满足条件则自动重合闸。
当接触网发生故障时，由于采用双边供电方式，一般情况下可以看成一侧为近距离故障，另一侧为远距离故障，近故障点的变电所先跳闸。如图1，A站的213断路器和B站的211断路器向同一供电区的接触网供电，当靠近A站的D点接触网发生短路故障时，由于故障电流大小不一样（A站故障电流大于B站故障电流），由短路故障电流较大的A站发出跳闸命令，跳开本站213断路器，同时发出联跳命令，向B站发出联跳信号，B站收到联跳信号后，跳开本站的211断路器，确保故障供电区内接触网无电。由于采用了双边联跳保护，只要两个变电所中有一个能检测出故障电流并正确跳闸，另一个也会被联跳，因而提高了保护的可靠性。此外，如果退出B站，合上B站的越区隔离开关2113，则形成A站和C站的大双边供电方式，此时D点接触网发生短路故障，A站发出跳闸命令，跳开本站213断路器，同时发出联跳命令，向C站发出联跳信号，C站收到联跳信号后，跳开本所的211断路器。
3 自动重合闸
3.1 自动重合闸的原则
当接触网发生故障时，断路器分闸，启动线路测试，并根据测试结果判别故障性质，如故障是瞬时性的，自动重合闸将使断路器重新合闸；如故障是永久性的，直流断路器不进行重合闸。框架保护不启动线路测试及重合闸。
3.2 自动重合闸条件
自动重合闸取决于馈线断路器保护单元是否处于自动模式。所谓自动模式是指馈线断路器的DPU96保护单元在无保护装置动作及故障跳闸的前提下，从接到合闸指令开始，进入的运行模式。是否处于自动模式，决定断路器跳闸后是否进行重合闸。
当接到分闸指令、框架保护动作、框架保护联跳信号或开关柜内部故障（断路器故障、断路器小车故障）信号时，保护单元退出自动模式，闭锁重合闸操作。馈线断路器由于di/dt、ΔI、Imax、过流、大电流脱扣、双边联跳保护动作后，此时处于自动模式，立即启动重合闸。热过负荷保护跳闸后，两分钟后才能启动重合闸。
4 联跳闭锁测试及分析
图2和图3分别是广州地铁三号线汉溪长隆、大石、沥滘站上、下行的双边供电方式图。在汉溪长隆、大石、沥滘站进行开关保护跳闸时联跳脉宽长度的测试，模拟开关大电流脱扣保护动作，通过示波器测试并记录主跳所K18线圈上和K18触点14上的脉宽波形和被联跳所K101线圈和14触点上脉宽波形，记录被联跳所重合闸是否闭锁，先测试相邻所间的联跳脉宽，同时测试大石越区隔离开关2113、2124在合位时汉溪长隆联跳沥滘及沥滘联跳汉溪长隆的脉宽及重合闸闭锁情况。每种情况分别测试10次，测试电路图见图4，测试结果见表1。
从表1得知各站的DPU96发出的联跳脉冲都在292ms左右，DPU96接收的联跳脉宽在276~279ms之间，发出的脉宽与接收的脉宽是由于K18和K101继电器的固有动作延时引起的，与两所之间的距离长度关系不大。从是否闭锁重合闸的情况来看，两所之间的区间长度与是否闭锁重合闸没有必然的联系。对于同一个区间，汉溪长隆212联跳大石214，有10次重合且大石214开关被联跳后会发大电流脱扣信息，而大石214联跳汉溪长隆212时却每次都闭锁，从表中很明显的得知汉溪长隆212接收的联跳脉宽比大石214接收的多了3ms,是不是由这3ms的差别造成闭锁的呢？接下来在仿制开关柜进行模拟实验。
用一个时间继电器模拟DPU96发出联跳信号，通过改变时间继电器的动作时间，可以发出不同脉宽的联跳信号，从而给DPU96接收联跳信号输入端E12不同的脉宽，并通过示波器记录K101的14触点对M的电压波形（图5为测试电路图）。开关柜的其他所有情况都模拟现场情况，测试结果如表2。
从表2中可知，在DPU96接收的联跳脉宽在235-340ms的范围内，DPU96是有可能启动也可能闭锁重合闸，而且启动的概率基本上随着脉宽的减小而增大；在接收脉宽大于415ms时，DPU96全部闭锁重合闸；在接收脉宽低于220ms时，DPU96全部启动重合闸。
5 优化方法
如图6在直流馈线开关联跳继电器K18回路加装一个时间继电器SJ，通过改变时间继电器的延时，从而改变K18的得电时间，达到改变联跳脉宽的目的。具体接线见图6。
将时间继电器整定为200ms，这样被联跳所的K101的14触点对M的电压波形的脉宽将低于190ms，可以保证被联跳所的开关在被联跳时全部可以启动重合闸功能。
在回路改造后，经过模拟测试和近几年的现场运行情况，被联跳所的开关在被联跳时都可以启动重合闸功能。
6 结语
通过对广州地铁三号线DC1500V馈线开关自动重合闸功能的分析和测试，提出了优化方案，经过模拟测试和现场运行的考验，验证了该优化方案切实可行。
参考文献
[1] GB 50157-2003 地铁设计规范.
[2] 章新华，岳宏波 地铁直流牵引双边联跳保护的探讨 机车电传动.
[3] 西门子DPU96中文说明书.
作者简介 ：刘俊（1979-），男，江西宜春人，工程师，主要从事地铁供电技术方面的研究。
E-mail: liujun@gzmtr.com。
论文作者:刘俊
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/10
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