直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置定量試驗(yàn)

宋建峰

0 引言

城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)采用的數(shù)字化繼電保護(hù)裝置大多是國外產(chǎn)品，由于國內(nèi)缺少相應(yīng)的專用檢測儀器，對該類保護(hù)裝置的特性試驗(yàn)，目前仍采用直流（mV 級）電壓測量方法，只能做功能性檢查及刻度校驗(yàn)；然而作為直流保護(hù)的重要參數(shù)，如電流上升率di/dt、電流增量ΔI、延時時間、持續(xù)時間等基本上沒有手段進(jìn)行定量檢測，這也正是本文探討的問題。

1 直流保護(hù)檢測設(shè)備的功能

一種新型的直流繼電保護(hù)測試儀可滿足電流速斷、過電流、電流上升率、電流增量、延時時間、持續(xù)時間等保護(hù)參數(shù)的測試要求，并能提供低失真、高帶寬、mV～V 級可編輯的、任意定值參數(shù)的設(shè)定與輸出。

測試結(jié)果各項(xiàng)參數(shù)直接讀取，其中時間數(shù)據(jù)細(xì)分2 項(xiàng)顯示：①凈動作信號時間。通過施加故障信號使保護(hù)裝置動作，即不含開出繼電器延時的凈時間。②保護(hù)出口時間。自施加故障信號到保護(hù)出口繼電器開出的全部時間。

2 直流保護(hù)的檢驗(yàn)實(shí)踐

2.1 過電流保護(hù)Imax

檢測當(dāng)前電流的最大電流值Imax，如果電流超出限值，經(jīng)過延時后，啟動繼電器輸出元件跳閘。

定值測試方法：首先根據(jù)定值，在儀器主界面設(shè)定過流限值，且延時足夠大，滿足保護(hù)裝置動作時限要求。調(diào)整輸出電流，使其由小變大直至保護(hù)裝置動作。

延時時間測試方法：在1.2 倍整定值下，測試裝置動作時間，實(shí)測數(shù)據(jù)見表1 和表2。

2.2 電流上升率保護(hù)di/dt

如果電流上升率超過設(shè)定值及完成延時，則繼電器輸出啟動跳閘。

定值測試方法：首先根據(jù)定值，在儀器主界面設(shè)定電流上升率限值，且延時足夠大，滿足保護(hù)動作時限要求。調(diào)整電流上升率，使其由小變大直至保護(hù)裝置動作。

延時時間測試方法：首先設(shè)定延時時間，然后在1.2 倍電流上升率定值整定下，測試裝置動作時間。實(shí)測數(shù)據(jù)見表3 和表4。

表1 過電流Imax 測試結(jié)果表

表2 過電流延時時間測試結(jié)果表

表3 電流上升率定值di/dt 測試結(jié)果表

表4 電流上升率延時時間測試結(jié)果表

2.3 電流增量保護(hù)ΔI

ΔI 電流增量保護(hù)測量電流增量，如果當(dāng)前測量電流與基準(zhǔn)電流差值超過跳閘整定限值且完成延時，而這段時間又沒有超過ΔI：di/dt 返回延時，則繼電器輸出啟動跳閘。

電流上升率di/dt 啟動ΔI 保護(hù)裝置測試方法同di/dt 項(xiàng)。

ΔI 定值測試方法：首先根據(jù)定值，在儀器主界面編輯電流增量限值，且滿足di/dt = 0（此時ΔI保護(hù)裝置被di/dt 啟動）、延時足夠大、持續(xù)時間小于定值的保護(hù)動作條件，由小變大ΔI 直至保護(hù)裝置動作。

延時時間測試方法：首先在1.2 倍電流增量定值整定下，且滿足di/dt = 0、di/dt 持續(xù)時間小于定值的保護(hù)裝置動作條件，由小變大延時時間直至保護(hù)裝置動作。

持續(xù)時間測試方法：首先在1.2 倍電流增量定值整定下，延時足夠大、且滿足持續(xù)時間內(nèi)di/dt＜定值的保護(hù)裝置動作條件，調(diào)整持續(xù)時間，使其由小變大，直至保護(hù)裝置不動作。

以上各參數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)見表5—表7。

表5 電流增量定值ΔI 測試結(jié)果表

表6 電流增量延時時間測試結(jié)果表

表7 di/dt 持續(xù)時間測試結(jié)果表

3 測試數(shù)據(jù)的分析

從表8 統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：所檢測3 組不同廠商的保護(hù)裝置，其參數(shù)的偏移量較大，其中A 組過電流Imax小延時偏移為49.5%；B 組di/dt 持續(xù)時間小延時偏移為45%，雖然絕對延時偏移小于1 ms，但相對偏移因基數(shù)較小而顯得很大。

表8 各次測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

如上可認(rèn)為，應(yīng)用直流繼電保護(hù)測試儀是鑒別保護(hù)裝置性能優(yōu)劣的有力技術(shù)手段，對于城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)事故的分析、確認(rèn)和預(yù)防有著非常積極的作用。

4 定量試驗(yàn)的重要性與指導(dǎo)作用

國內(nèi)早期投入運(yùn)營的廣州地鐵一號線，隨著使用時間的推移，部分保護(hù)設(shè)備整定參數(shù)已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化，表9 和表10 是實(shí)際測試數(shù)據(jù)。

表9 故障保護(hù)板電流上升率di/dt 測試結(jié)果表

表10 故障保護(hù)板電流上升率延時時間測試結(jié)果表

分析表9 數(shù)據(jù)：A 樣品電流上升率di/dt 偏移誤差達(dá)到-14.0%，而B 樣品更是達(dá)到-29.4%的程度，其共同的特點(diǎn)是實(shí)際較小的電流增量就會造成保護(hù)跳閘，發(fā)生的頻率也會較高，尤其在重載客流高峰時出現(xiàn)，造成假象故障而跳閘，嚴(yán)重影響行車質(zhì)量。

顯然，延時可以躲過電流尖峰引起的保護(hù)裝置誤動作，但分析表10 數(shù)據(jù)：3UB61/A 樣品延時誤差為-19.7 ms，已達(dá)到66%的誤差程度，造成頻繁的跳閘故障，嚴(yán)重影響行車秩序。

實(shí)際上電子元器件參數(shù)變化是一個漸變的老化過程，只有等到問題很嚴(yán)重（故障）時才能被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在則大不相同了，用戶可以根據(jù)需要，很簡單地完成直流保護(hù)裝置的速斷、過流、電流上升率、電流增量、以及延時和持續(xù)時間的準(zhǔn)確測量，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，尤其對運(yùn)行多年的保護(hù)設(shè)備更是必要的、不可缺少的。

綜合表7 及以上B 公司設(shè)備延時數(shù)據(jù)可以得出：除過電流保護(hù)小延時較準(zhǔn)確外，電流增量和di/dt 持續(xù)時間小延時都增加了0.9 ms，該設(shè)備在某新線ΔI 定值如下：延時時間3 ms，持續(xù)時間2 ms。按照其設(shè)備時間特性，實(shí)際持續(xù)時間變?yōu)閠 = 2 +0.9 = 2.9 ms，也就是說在極端情況下，ΔI 保護(hù)裝置一旦啟動且滿足電流增量定值，哪怕延時時間≥0.1 ms，無論故障是否消失，裝置都不會復(fù)歸而總是跳閘的，其造成的后果可想而知。顯然這樣的定值并不合理，但在沒有實(shí)測數(shù)據(jù)以前不為大家所知，這充分說明了定量試驗(yàn)的重要性以及對保護(hù)定值計(jì)算的指導(dǎo)作用。

5 結(jié)束語

本文對實(shí)際工程測試手段、測量結(jié)果進(jìn)行了論述及分析。期望能夠?qū)Φ罔F輕軌直流保護(hù)試驗(yàn)技術(shù)、提高保護(hù)裝置及牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性等有一定的參考價值。

關(guān)于各項(xiàng)參數(shù)測量的不確定問題，將繼續(xù)對繼電保護(hù)儀器、操作人員操作離散程度等進(jìn)行專項(xiàng)的試驗(yàn)、考核、評定，使之更臻于合理。

[1] SIEMENS Sitras? PRO 安裝、操作、維護(hù)說明書1.0.1版.

[2] Balfour Beatty TracFeed? DCP2直流開關(guān)柜控制和保護(hù)多功能裝置說明書.

[3] Secheron SEPCOS 保護(hù)控制功能說明書.