直流1500V馈线开关跳闸后如何判断故障点的分析

学术论文 2018-07-18 11:31:36
    1 地铁直流供电系统构成及保护配置
    地铁直流供电系统主要由牵引降压变电所、架空接触网系统两部分组成,牵引降压变电所将来自110/33kV主变电站的交流33kV电压经降压、整流变为DC1500V后,通过直流开关柜向接触网供电。直流牵引供电系统接线示意图如图1所示:
    地铁直流牵引系统是地铁列车运行的动力之源,其安全可靠运行是地铁安全、可靠运营的保证,在进行直流牵引供电系统的设计时,应综合分析系统的灵活性和可靠性,一方面应考虑地铁列车高密度运营的外部条件,另一方面应考虑当直流供电系统发生故障情况下,迅速切除故障点,同时通过相邻牵引电源及时恢复地铁列车的供电。
    牵引变电所内的直流供电设备主要包括1500V直流开关柜、整流器柜、负极柜。针对可能的各种故障情况,直流供电系统配置了多种保护。
    (1)直流馈线开关(馈出线柜):装设了大電流脱扣保护(直流快速断路器本体所具有的保护功能)、电流增量△I保护、电流上升率di/dt保护、定时限过电流保护、双边联跳等保护,各种保护相互配合,实现对接触网近端和远端短路进行保护。(2)直流进线开关(进线柜):装设了逆流保护和断路器本体的大电流脱扣保护,分别对整流器出口短路和直流正、负极母线短路进行保护。(3)整流机组:装设了反映整流机组内部故障的温度保护、过流保护、二极管保护等。
    上述保护已成功应用于直流系统,为直流系统的安全运行提供了保证。
    2 如何根据直流馈线开关所设保护判断故障点
    (1)大电流脱扣保护:这是直流馈线开关本体所具有的保护功能,实现对接触网近端短路保护。保护范围为:开关本体短路;开关至隔离开关上网电缆的短路;靠近隔离开关的接触轨的短路。此类短路为金属性短路,电流较大,动作值为9000A及以上。(2)电流增量△I保护:主要针对中近距离的非金属性短路故障。(3)电流上升率di/dt保护:作为中远端非金属性短路故障的主保。
    当发生开关跳闸时,如果是以上三种保护类型,我们可以大概判断故障点的位置,但这只是初步判断,真正的故障点还需通过其他技术手段以及各方面反馈的信息进行综合判断。
    3 直流馈线开关跳闸后的故障现象、类型
    直流馈线开关跳闸后的故障现象主要分为两大类:(1)馈线开关能够重合闸成功;(2)馈线开关重合闸不成功。
    两类故障有很多相似之处,如:有爆炸声、异响、车辆显示故障、大电流脱扣等。特别是重合闸成功的故障,有时会反复跳闸、或者再次运行时造成设备二次损坏,造成跳闸的原因可能是车辆原因或者是外部原因,要准确判断跳闸原因需要反复查找。
    对于第一大类,由于馈线开关跳闸后一般在10秒左右重合闸成功,几乎不影响列车运行,对运营影响甚微。故障点一般是:(1)列车牵引部分高压部件烧坏,对地短路;(2)列车接地碳刷短路;(3)变电所内部模块故障导致接触轨馈线开关跳闸;(4)外部异物引起:如乘客的雨伞,铁链等金属物体。
    而对于第二大类,由于馈线开关跳闸后不能重合闸成功,该区段接触轨没电,行车中断,严重影响运营服务。因此,我们重点分析馈线开关重合闸不成功情况下故障点的判断。
    4 馈线开关重合闸不成功情况下故障点的判断
    当馈线开关跳闸后,电调要查看开关状态,报警信息。向行调了解跳闸区段列车情况;向车站了解现场有无异常情况,如异响、打火花等;向环调了解跳闸变电所是否有报火警等;向变电所人员(如果是值班点)了解开关动作情况。通过各种渠道收集有用信息,帮助自己分析跳闸原因,快速查到故障点。
    馈线开关重合闸不成功时,如原因明确,如明显为断路器小车一次、二次故障,电缆故障,接触网断线等,不能再送电;其他情况下,按先通后复的原则,可对开关试送电。行调组织有故障显示的列车收靴,无需组织该供电分区所有列车收靴,且试送电及收靴操作可同时进行。电调试送联跳所的开关,试送成功,则故障点可能在列车上;试送不成功则在确认列车收靴后,再试送联跳所开关,如成功则故障点可能在列车上;试送不成功则拉开主跳所跳闸开关侧上网隔离开关,试送联跳所的开关;如果试送联跳所开关成功,则初步判断为主跳所上网电缆或上网开关本体故障,这时可对接触网进行单边供电或越区供电。如果试送联跳所开关不成功则拉开联跳所跳闸开关侧上网刀闸后再试送联调所开关一次,试送成功则可判断为接触网(轨)有故障,此时立即安排人员进行抢修,在彻底检查接触网前,不再对接触网送电。
    举一个例子:如图2所示。
    B所211开关大电流脱保护动作跳闸,A所213开关双边联跳动作跳闸,立即查看报警记录的同时,通报现场人员派人前往检查设备,同时,询问行调AB区列车位置及列车是否出现故障。
    查看A所213和B所211开关重合闸是否成功恢复送电。
    如果能够重合闸成功,检测:213-电缆——2131-接触轨(含电连接电缆)——2111-电缆,正常。
    判断 :(1)是否有列车在B所启动时,发生故障?列车是否有故障存在?(需要问行调了解信息),司机是否听到大爆炸声?(2)B所211开关本体故障而发生启动保护动作?(3)靴轨是否存在异物引起短路,但是异物已经熔掉。
    处理:(1)通知行调有电可以行车,注意失电区列车运行情况。(2)通知现场变电人员具体情况,派人到B所检查211开关,通知接触网值班人员登乘查看故障区三轨情况。
    如果重合闸不成功,对213开关试送电,如果在列车收靴后对213开关试送电成功,则故障点在列车上,不成功则拉开2111试送213,成功即表明故障点在211-2111之间。不成功,再拉开2131試送213开关,成功即表明故障在接触轨上。
    处理:立即通知相应人员对设备进行抢修。行调组织列车小交路运行。
    故障原因:(1)开关本体故障。(2)上网刀闸电缆位置因施工安装应力原因,电缆绝缘下降击穿短路。(3)靠近B所的列车故障或异物造成靴轨间金属性短路,这几种故障引起的比较多。
    通过上面分析可知:采用排除法来寻找故障点,这是电调对付此类故障通用做法。但是此种做法在实际应用中会遇到新的问题,比如上面AB区211和213开关如果每次试送时均不成功,将无法判断到故障点,此种情况没有明确处理指引。如2014年2月17日新官214开关故障事件中,新官214开关因为保护装置故障跳闸,并持续发送联跳信号给官桥212开关。造成4A10区失电,此时当班电调按常规做法遇到了难题,新官214开关(保护装置故障)和官桥212开关(联跳信号无法解除)均无法试送电。如图3所示:
    新官和官桥是无人值班所,联跳信号不能解除,电调在无法试送的情况下,想到通过合越区供电,在操作的过程中没有按步骤将官桥的214开关,石 的212开关先分闸,而是直接合上官桥2124越区刀闸。虽然已经向行调确认4A9区无列车,但在没有找到故障点的情况下,强行合上越区刀闸属于冒险行为。
    5 建议
    电调采用排除法查找故障点时,如果跳闸区段两个牵引所无人值班,同时跳闸区段两个开关无法试送电的情况下,要将相邻区接触轨区段停电,合上相对应越区刀闸后,利用相邻区开关试送电,此种做法的好处是避免强行合越区刀闸冒险送电,不好方面是扩大了停电区段。
    6 结束语
    综上所述,在实际的运营生产中,直流馈线开关跳闸原因是因为车辆故障、异物而引起的还是接触轨或因变电所自身的故障导致开关跳闸,是没有一个十分清晰的分界点。各种原因所导致的跳闸其现场情况有大部分是相同的,如车辆跳主断、爆炸声、打火花等。因此,当接触轨馈线开关发生跳闸时,要依据列车当时的故障现象及是否能重合闸成功来逐步尝试。当开关重合闸不成功时,电调采用常规排除法来查找故障点,当常规做法遇到难题时,要采用稳健灵活的做法来破解难题。只有这样才能快速查出故障点,排除故障,迅速恢复失电区送电,减少影响范围和运营压力。
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