武漢地鐵堤角所703開關頻繁跳閘事故分析

任 峰

武漢地鐵堤角所703開關頻繁跳閘事故分析

任 峰

摘 要：通過對堤角所703開關跳閘波形的分析以及現場的實際調查，找到了703開關頻繁跳閘的原因。經過試驗驗證，改變了列車運行方式，完滿解決了問題。

關鍵詞：地鐵供電；DDL保護；跳閘；故障分析

任 峰：武漢地鐵運營有限公司，工程師，湖北武漢 430035

0　引言

地鐵直流牽引供電系統中饋線的保護在保證牽引供電系統向列車安全供電方面發揮著重要作用，其主要功能是防止列車接觸軌上的短路和過負荷現象的發生，并在故障時能可靠迅速地切除故障，以保證列車、設備和乘客的安全[1]。

地鐵直流系統目前普遍采用DDL保護（即電流上升率和電流增量保護）作為饋線主保護。該保護通過對饋線電流If及其電流變化率di/dt的連續檢測，并將di/dt與斜率設定值E（保護啟動值）和F（保護返回值）進行比較，以確定線路是否存在故障。

DDL保護靈敏性很高。在地鐵列車運行過程中，某些不明原因的瞬時擾動可能造成DDL保護動作。這給運營維護人員帶來困擾。如何在DDL保護動作后分析原因，找到故障點，這是擺在地鐵供電維護人員面前的難點。

1　事故簡述

武漢地鐵1號線堤角站自開通以來一直是站前折返。隨著漢口北工程即將開通，從2014年3月份開始，列車運行方式調整為站后折返。但自從運行方式調整后，堤角牽降所703開關開始頻繁跳閘。從2014年3 月19日至5月20日，累計發生10次703跳閘事件。每次跳閘均是堤角703DDL+△I保護動作聯跳灄口新城701。跳閘時動作電流均在5 000 A以上，最大值達到8 600 A。從跳閘時的典型故障錄波圖來看，跳閘時出現明顯的振蕩過程，比較符合拉弧時的特征。雖然每次跳閘后均自動重合成功，沒有影響到列車運行，但給相關部門帶來巨大壓力。

同時，經與車輛部聯系，這段時間頻繁發生集電靴受流器被電弧燒傷事件。在此期間，已發生5起列車受流器被燒傷事件，部分情況燒傷嚴重，軸箱蓋有燒融痕跡。

2　事故調查

綜合以上情況，我們推測故障點可能在堤角站后折返區間。

2014年5月7日晚，機電部組織技術人員在堤角站后折返區（圖1）進行檢查。檢查發現，折返區渡線接觸軌DT607端部彎頭燒蝕嚴重（圖2）。

3　事故分析

3.1直流保護原理

3.1.1DDL+△I保護原理

DDL保護是直流饋線開關柜的主要保護。該保護設置在直流饋線柜內，主要用于中、遠距離或電阻型故障的檢測，動作電流值小于斷路器門限，通過分析饋線電流增量△I及時間t來判斷故障。DDL保護分為DDL+△I與DDL+△T保護，保護功能可以單獨投退。實際運行中，一般都是DDL+△I動作。DDL+△T保護很少啟動。

DDL保護通過對饋線電流If及其電流變化率di/dt的連續檢測，并將di/dt與斜率設定值E（保護啟動值）和F（保護返回值）進行比較，若di/dt＞E，則開始測量△I和時間t。自di/dt＞E始，以啟動時刻的電流作為基準值計算相對電流增量，當電流增量大于△Imax（設定值）后，經過延時t△Imax（設定值），則由DDL+△I保護出口發出跳閘信號。

如果在△I保護出口動作前，檢測到di/dt＜F，則檢測△I和△t值歸零，即DDL保護復歸。保護動作示意圖見圖3[2]。

3.1.2自動重合閘

當接觸網發生故障時，斷路器故障跳閘，啟動線路測試，并根據測試結果判斷故障的性質，如故障是瞬時性的，自動重合閘裝置會使斷路器重新合閘。如故障時永久性的，則閉鎖重合閘。瞬時性故障：當接觸網線路被繼電保護迅速斷開后，當故障點的絕緣強度重新恢復，此時，如果把斷開的線路斷路器再合上，就能恢復正常的供電，因此，稱這類故障為“瞬時性故障”。

永久性故障：在線路被斷開后，故障仍然存在，這時即使再合上電源，由于故障仍然存在，線路還要被繼電保護再次斷開，因而就不能恢復正常的供電。

3.2故障原因分析

列車任一牽引單元的集電靴全部脫離三軌時，三軌與末端集電靴之間一般均會出現拉弧和電蝕現象，電蝕程度取決于即時電流的大小和列車速度。列車在堤角站后折返通過渡線時，因受流器只能從DT607端部彎頭處取流，故電流會相對較大，極易造成拉弧。當弧光較大時，電弧將會燃燒到轉向架，導致系統接地短路（實為正負極短路）。巨大的短路電流將會燒蝕受流器及轉向架，并導致直流開關跳閘。直流開關跳閘后，電弧會自然熄滅，系統絕緣性能恢復。此后，保護會啟動線路測試，測試合格后啟動自動重合閘成功。

圖1　折返區接觸軌布置圖

圖2　端部彎頭燒蝕痕跡

圖3　DDL+△I保護示意圖

4　試驗驗證

為減少電蝕，避免直流開關跳閘，2014年5月22日，機電部、車輛部在堤角站后折返岔區進行列車過岔區的速度試驗，研究在不同駕駛模式下的拉弧情況。試驗內容分別在自動（Auto）模式和惰行工況（PM）模式下，控制列車過岔區速度在15～30 km/h范圍內，檢驗列車受流器拉弧和該供電區間跳閘情況。試驗結果見表1。

從試驗結果看，完全證實了我們之前的推斷。列車在經過DT607端部彎頭時，最容易拉弧的是尾車的第3受流器，其次是前車的第3受流器。在采用惰行工況模式下，當列車速度不超過25 km/h，列車過彎頭時不會拉弧。考慮到在列車速度達到25 km/h時，司機對惰行開始時間點不易把握的問題，建議在列車過折返區時速度控制在20 km/h，并采用惰行工況模式。惰行開始時間點為前車第3受流器即將離開DT607端部彎頭時。

列車更改運行方式后，未再發生703跳閘及受電靴燒蝕事件。

表1　不同列車速度時試驗記錄

5　結論

（1）列車在堤角站后折返通過DT607端部彎頭時，因只有1個取流點，取流電流較大，極易拉弧。當弧光較大時，電弧將燃燒到轉向架，導致系統接地短路（實為正負極短路）。巨大的短路電流將會燒蝕受流器及轉向架，并導致直流開關跳閘。

（2）最容易拉弧的是尾車的第3受流器，其次是前車的第3受流器。其他受流器很少拉弧。

（3）當列車速度控制在20 km/h，并采用惰行工況模式下，可以保證列車在過彎頭時不拉弧。

參考文獻

[1] 王廣峰，孫玉坤，陳坤華．地鐵直流牽引供電系統中的DDL保護[J]．電力系統及其自動化學報，2007，19（1）：59-62．

[2] 何宗華，汪松滋，何其光．城市軌道交通供電系統運行與維修[M].北京：中國建筑工業出版社，2005．

責任編輯 冒一平

Analysis on Frequent Tripping Accidents of Breaker 703 at Wuhan Metro Dijiao Station

Ren Feng

Abstract:Through analysis of the breaker 703 tripping waveforms and in-situ investigation at Dijiao station, the paper identifies the breaker 703 frequent tripping causes. Through test verification, the way to solve the problem occurred in train operation mode is changed with satisfactory.

Keywords:metro power supply, DDL protection, tripping, fault analysis

收稿日期2014-07-28

中圖分類號：U231.8