1500 伏斷路器聯跳閉鎖重合閘啟動研究

王京浩

（中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津300308）

在牽引變電所中，聯跳保護為重要保護裝置，需要保證動作的靈敏性和可靠性，以便為列車安全運行提供保障。實際在直流電氣化鐵路中，配備了大量1500 伏斷路器，在聯跳保護動作后可以自動啟動重合閘，保證裝置正常工作。結合實踐可知，該類斷路器可能發生聯跳閉鎖重合閘異常，造成裝置無法可靠動作。因此，還應加強1500 伏斷路器聯跳閉鎖重合閘啟動研究，以便為供電系統安全提供保障。

1 1500 伏斷路器聯跳保護分析

在列車接觸網供電方面，需要由牽引變電所直流開關柜提供1500 伏電源。在系統發生短路故障的情況下，開關柜將結合故障電流大小進行保護裝置動作啟動，促使相應斷路器得到斷開，使故障設備得到切除，從而為供電設備運行提供安全保障[1]。從斷路器聯跳保護原理上來看，實際為針對開關提供的后備保護。在列車牽引供電中，依靠雙邊供電。接觸網接地發生短路，靠近故障點斷路器將先發生動作跳閘。與此同時，稍遠保護裝置可能因檢測到的故障電流過小而不啟動。對保護裝置動作進行聯跳，向稍遠裝置發送跳閘指令，能夠使故障點兩側同時跳閘，從而消除線路存在的安全隱患[2]。在聯跳保護動作期間，在線路未發生短路故障的情況下也可能發送跳閘指令，導致饋線斷路器跳閘，從而引發大范圍中斷供電問題，造成故障影響較大。如果采用人工方式進行聯跳保護解鎖，接觸網將采用單邊供電方式，兩端存在電位差，列車經過可能引發電弧放電問題，造成運行可靠性受到影響。在連鎖解除后，一旦發生故障將造成直流側缺乏保護，繼而引發嚴重事故。針對這一問題，在斷路器發生連鎖跳閘后，保護裝置將自動進行閉鎖測試，確定滿足啟動條件后自動啟動重合閘。按照理論條件，主跳斷路器處于非框架保護外，發生跳閘動作后都能自動啟動重合閘。

2 1500 伏斷路器聯跳閉鎖重合閘啟動

在1500 伏斷路器聯跳動作發生后，可能出現閉鎖重合閘異常，造成重合閘無法自動啟動。為保證斷路器保護功能可以正常發揮，還要加強閉鎖重合閘的原因分析，以便通過裝置改造實現重合閘啟動功能。

2.1 案例分析

某列車供電區包含A 和B 兩個牽引站，區域內饋線斷路器因聯跳保護發生跳閘后，保護裝置將自動進入重合閘啟動程序，在閉鎖測試條件滿足情況下自動合閘。但從實際運行情況來看，某列車正線1500 伏斷路器在非框架保護動作跳閘后，出現了重合閘閉鎖情況。從斷路器顯示的故障信號來看，聯跳信號使得K18 繼電器受電。隨后接通輔助接點，使得K101 繼電器將信號傳遞給斷路器DPU96，引發裝置跳閘。按照裝置工作要求，需要在接收到500ms 及以上信號脈寬后可以判斷為框架保護，不啟動重合閘，否則將執行啟動重合閘操作。

2.2 重合閘閉鎖原因分析

為確定重合閘閉鎖原因，需要利用斷路器接收到的脈沖信號進行閉鎖測試。測試采用的工具為NEC 示波器，能夠達到0.1ms 的檢測精度。從測試過程來看，就是要在斷路器檢測電流輸入的二次端完成一次電流模擬。針對斷路器的不同保護類型，需要各進行10 次測試，利用示波器完成脈沖波形顯示，并對平均值進行記錄。

2.2.1 因素排查

在對聯跳閉鎖絕對性因素展開分析時，可知聯跳保護可能受到觸點動作、電壓波動和脈沖寬影響。從測試結果來看，斷路器保護裝置擁有相同脈沖，寬在295ms 左右，大電流脫扣的脈沖寬約292ms。在電平均為24 伏的情況下，脈沖寬相差不到1%。由此可見，斷路器提供的脈沖寬能夠保持穩定。在斷路器型號相同的情況下，最大脈沖寬平均值誤差不超過0.25%，由此可見重合閘是否啟動對保護裝置無明顯影響。在非框架保護條件下對脈沖寬接收情況進行校驗，在斷路器發送脈沖信號后，傳輸途中將流經線路和繼電器。加強脈寬衰減校驗，具體對3 公里和5 公里線路區間進行測試，能夠發現3 公里內接收到的脈沖寬平均能夠達到276.4ms，衰減能夠達到5.4%左右。在5 公里區間內，脈沖寬平均277.6ms，衰減5.1%左右。由此可知，脈沖寬衰減與傳輸距離無關，還要確認是否與繼電器有關。在聯跳脈沖發送后，經過的繼電器將發生常開、常閉觸點動作。K18 需要9ms完成接通，進行斷開動作需要2.5ms。而K101 常開動作需要27ms，常閉動作需要24ms，失電斷開需要17ms，失電連通需要22ms。因此在脈沖傳送的過程中，脈沖寬可能受到繼電器動作時間特性的影響。但通過時序分析發現，接收端聯跳脈沖寬為292.5-9-27+2.5+14=276ms，與校驗得到的測試結果相符，由此可知繼電器動作也不會給脈沖寬帶來影響。

2.2.2 原因確認

排除動作因素給繼電器聯跳脈沖寬的影響，還要確定電源電壓波動能否給脈沖接收端產生影響。在繼電器瞬間動作中，電壓波動可能引發特性時間變化。K18 和K101 繼電器分別配備24 伏和110 伏的直流電，在電壓監控方面需要將整定值控制在-10%到+10%范圍內。如果電壓降低10%，測試可以發現脈沖寬為255ms。在電壓提高10%的情況下，脈沖寬為278ms。由此可見，在電壓發生波動的情況下，脈沖寬在255-278ms 范圍內發生變化，不會給閉鎖重合閘的啟動帶來過大影響。為確定不同脈沖寬對重合閘閉鎖觸發的影響，需要對接收端在不同脈沖寬下的重合閘啟動情況進行校驗。結合之前排除的因素可知，脈沖寬不受傳輸距離的影響，因此可以直接完成不同脈沖寬的輸入。采用時間繼電器對24 伏脈沖寬進行調節，完成斷路器聯跳信號的模擬分析，確定調節的脈寬范圍在205-403ms 范圍內。對脈寬進行監測可以發現，在斷路器保護裝置發生閉鎖的情況下，脈沖寬在235-340ms 內將導致重合閘不穩定。由此可見，重合閘的啟動和閉鎖將受到脈沖寬影響。從總體上來看，電源電壓波動和脈沖寬調節都將給重合閘啟動帶來影響。但相比較而言，電壓波動并非是決定性因素，脈沖寬才會給重合閘是否啟動帶來根本影響。

2.3 改造措施

結合上述分析結果，為保證聯跳保護作用能夠正常發揮，斷路器閉鎖重合閘啟動程序能夠得到順利觸發，還要對保護裝置進行改造。具體來講，就是針對斷路器發送脈沖寬無法確保重合閘啟動的問題，分析得到能夠保證啟動的脈沖寬。采取該種措施，能夠在保證斷路器順利跳開的同時，不影響裝置后續可靠啟動。考慮到斷路器在90ms 完成標準分閘，發送脈沖經歷9+24+10+90=133ms 動作事件才能完全分閘，在脈沖寬為200ms的情況下閉鎖一定無法發生。為使K18 受電時間鎖定為200ms，需要在繼電器上并聯時間繼電器，從而提供固定脈沖寬，保證重合閘順利啟動[3]。實施方案需要在正線牽引所直流1500 伏饋線柜進行改造施工，完成相應時間繼電器安裝，選用的繼電器工作范圍在100ms-500ms 之間，型號為3RP1525-1AP30。為確認方案實施效果，需要對斷路器大電流脫扣跳閘故障進行模擬，確定斷路器動作情況。從驗證結果來看，保護裝置能夠100%實現重合閘啟動，各饋線斷路器也未發生閉鎖問題，因此能夠保證改造效果。

3 結論

綜上所述，聯跳保護動作的發生盡管能夠加強供電設備保護，但還需要在滿足條件情況下及時啟動重合閘，以便減少大范圍中斷供電問題的發生。因此針對聯跳閉鎖重合閘問題，還要加強原因分析，確定閉鎖機理。從分析結果來看，脈沖寬波動為閉鎖的絕對性因素，通過加裝時間繼電器能夠得到固定脈沖寬，因此能夠使聯跳閉鎖問題得到解決。