西安地鐵DC1500 V直流開關柜線路測試不通過分析及后續改進措施

李 晴 薛 巖

（1.西安市軌道交通集團有限公司運營分公司，陜西 西安 710016；2.中國鐵路西安局集團有限公司西安高鐵基礎設施段，陜西 西安 710064）

0 引言

在地鐵供電系統中，直流牽引供電系統故障會對運營服務造成較嚴重的影響，可能直接影響行車，因此如何快速高效地處理直流供電系統故障、恢復供電，提高檢修質量，是擺在運營供電人員面前的難題和考驗。

西安地鐵四號線直流牽引系統為1500 V電壓制式，采用天津保富電氣有限公司生產的1500 V直流開關柜及TracFeed DCP207BC直流線路保護測控裝置，為避免接觸網金屬接地及車輛牽引電氣設備偶發性故障，保護裝置設置線路測試功能，在送電時系統對母線電壓、饋線電壓和測試電阻進行對比分析，確保DC 1500 V接觸網送電安全。

1 直流饋線柜線路測試不通過的典型故障案例

1.1 案例一：某牽混所直流開關柜213線路測試不通過

某停車場電調對4T3供電分區進行送電，213直流開關柜線路測試不通過，線路測試被閉鎖信號（永久性故障）動作。

1.2 案例二：某車輛段牽混所直流開關柜213線路測試不通過

某車輛段變電專業控制信號盤及交直流電源裝置檢修作業結束，電調組織送電，213直流開關柜線路測試不通過，線路測試被閉鎖信號（永久性故障）動作。

2 直流饋線柜線路測試

2.1 線路測試原理

直流饋線柜保護裝置中裝有線路測試裝置，在向牽引網合閘送電時，必須對接觸網進行線路測試，檢查是否有短路故障，經測試合格后，才能閉合直流饋線斷路器進行送電，避免直流開關合閘于故障線路，減少對系統的危害。

線路測試的工作過程：通過控制測試接觸器的分合閘接通主母線和饋線之間的測試電阻；通過測量母線電壓、饋線電壓，計算回路剩余電阻，并將饋線電壓和回路剩余電阻與設定值相比較，以確定是否具備合閘條件[1]。

線路測試原理圖如圖1所示，圖中Ubb為母線電壓，Ufed為饋線電壓，Rres為線路剩余電阻，Rtest為檢測電路上的測試電阻，Q10為線路測試接觸器。

圖1 設備本體線路測試原理圖

在進行線路測試時，通過發出線路測試命令，使線路測試接觸器Q10閉合，接通線路測試電阻回路。通過檢測母線電壓Ubb和饋線電壓Ufed，計算測試電壓和剩余電阻。將計算結果和預先設定的設定值比較，以此判斷線路的絕緣情況是否良好[2]。

電壓檢測的兩種情況：

第一種：Ubb＞Ufed，此時按照公式（2）計算剩余電阻Rres：

第二種：Ufed＞Ubb，此時按照公式（3）計算剩余電阻Rres：

母線電壓（Ubb）和饋線電壓（Ufed）會通過兩個變送器被測量并傳至保護裝置，保護裝置對測量電壓進行分析計算，并與電壓和電阻的設定限額相比較。

Ures為母線電壓Ubb與饋線電壓Ufed差的絕對值，根據測試結果分為3種情況：

（1）如果Ures＞100 V，Rres＞2 Ω，則直流斷路器合閘。

（2）如果Ures＞100 V，Rres＜2 Ω，會繼續進行3次線路測試，若3次后Rres＜2 Ω，則閉鎖線路測試。

（3）如果Ures＜保護裝置內部有壓設置值100 V，則線路測試就會被立即中斷，且閉鎖線路測試。

2.2 故障案例具體分析

案例一直流開關柜213線路測試不通過，直流母線實際有壓，保護裝置顯示0 V，線路測試時將母線電壓瞬時送至饋線側。Ures=|Ubb-Ufed|＞100 V，Rres＜2 Ω，屬于第（2）種情況。

案例二直流開關柜213線路測試不通過，直流母線有壓且正常采集，而接觸網金屬性短路，饋線電壓始終為0 V，Ures=|Ubb-Ufed|＞100 V，Rres＜2 Ω，屬于第（2）種情況。

3 故障原因分析

3.1 電壓測量原理圖

直流開關柜電壓測量回路原理如圖2所示，母排電壓通過B8電壓變送器后送至母線電壓測量保護裝置，饋線電壓通過B9電壓變送器送至饋線電壓測量保護裝置。

圖2 電壓測量回路原理圖

3.2 后臺故障報文分析

案例一當天僅斷開213直流饋線開關，此時213直流開關饋線無壓，但在線路測試時，將實際帶電的直流母排電壓瞬時送至饋線側，饋線側短時有壓。母排電壓由于變送器B8的37、39輸出端子接線松動，致使母排電壓采集回路無法采集母排電壓，無法送至保護裝置參與計算，線路測試不通過，線路測試接觸器輔助觸點斷開，饋線側無壓，所以出現了“饋線有壓動作、無壓復歸、有壓復歸、無壓動作”報文，如圖3（a）所示。

案例二作業斷開211～216直流饋線開關及對應隔離開關，線路測試前，213直流饋線開關分位，213直流開關饋線無壓，線路測試時，由于接觸網金屬性短路，饋線側始終無壓，所以213直流饋線開關在合閘過程中僅出現“線路測試-開啟、線路測試-關閉、線路測試被閉鎖信號（永久性故障）動作”報文，如圖3（b）所示。

圖3 后臺機線路測試不通過報文

3.3 保護裝置本體測量值顯示分析

案例一作業僅斷開213直流饋線開關及對應隔離開關，正常情況下，直流母線始終有壓，但現場213直流開關柜的保護裝置顯示母線為0 V，判斷母線采集回路存在問題，排查母線電壓變送器B8的輸入采集23、15，變送器電源27、28，輸出37、39，保護裝置B99.2的X2:42、X2:41接線，發現母線電壓變送器B8的37、39輸出端子接線松動，致使母線電壓采集回路無法采集母線電壓，經現場緊固后設備恢復正常。

案例二僅斷開211～216直流饋線開關及對應隔離開關。根據213直流開關柜保護裝置顯示可知，此時直流母線有壓，顯示為1640 V，當213線路測試不通過時，線路無壓報警燈常亮，線路測試閉鎖報警燈常亮。

3.4 保護裝置報文分析

當直流母線實際有壓，母線采集回路故障，饋線側無短路，線路測試時，母線電壓送至饋線側，會出現“有壓U_fed”，線路測試不通過，出現“丟失U_fed”，如圖4（a）所示。當母線有壓且采集回路正常，饋線側短路，線路測試時，饋線側始終無壓，不會出現“有壓U_fed”和“丟失U_fed”，如圖4（b）所示。線路測試每隔11 s進行一次，3次均失敗后，線路測試被閉鎖。

圖4 設備本體線路測試報文

4 后續改進措施

4.1 做好故障處理思路總結

當直流開關柜送電線路測試不通過時，作業現場人員應首先觀察直流饋線柜保護裝置母排電壓數值，當直流母排側送電成功且數值為0，考慮電壓采集回路故障，檢查母線電壓變送器B8的輸入采集23、15，輸出37、39，變送器電源輸入27、28，母線保護裝置的X2:42、X2:41接線是否正常。當母線電壓采集回路正常，思路一是立即檢查線路測試不通過對應接觸網是否金屬性接地（如地線未撤除）；思路二是檢查饋線電壓采集回路是否正常，方法為檢查饋線電壓變送器B9的輸入采集23、15，輸出37、39，變送器電源輸入27、28，饋線保護裝置的X1:47、X1:48接線有無問題。

4.2 做好日常檢修維護

檢修專業結合日常檢修關鍵環節容易出錯的地方，編制《檢修作業關鍵點》，加強對檢修人員關鍵點的培訓，保證日常檢修中端子及引線連接牢固、接觸良好。

5 結語

直流開關柜是地鐵牽引供電系統的核心，研究線路測試保護原理，不斷總結直流開關柜每次故障處理思路及故障處理措施，提高運營供電人員故障處理效率，對保障地鐵安全運營具有重要意義。