用于地鐵直流供電運行維護的綜合保護裝置檢測平臺

郭德龍，張華英，甘俠峰，鄧霄云，樓祺皞

（上海地鐵維護保障有限公司供電分公司，上海 200335）

0 引言

該研究中提出的檢測平臺能夠實現多種功能，包括參數調整、快速檢測裝置功能與狀態(tài)以及模擬與檢測各類故障，將該檢測平臺應用到地鐵交通中，有助于提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，為地鐵交通的安全性與可靠性提供有力支持[1]。

1 綜合保護裝置檢測平臺設計

為滿足地鐵直流供電系統(tǒng)的運行維護需要，設計保護功能模塊、輸入/輸出模塊、數據記錄與分析模塊、連接與通信模塊等[2]。綜合保護裝置檢測平臺功能模塊如圖1 所示。

圖1 綜合保護裝置檢測平臺功能模塊框圖

這些模塊相互配合，使綜合保護裝置檢測平臺能夠實時監(jiān)測與保護電壓與電流，完成系統(tǒng)控制與數據交互，并在記錄與分析系統(tǒng)運行數據的基礎上，完成連接與通信，從而保障地鐵直流供電的可靠性與安全性。

1.1 保護功能模塊

保護功能模塊負責監(jiān)測與維護地鐵直流供電系統(tǒng)中的電壓與電流情況，包括過流保護模塊、電流增量保護模塊及定時限過流保護模塊。過流保護模塊負責實時監(jiān)測電流大小，當電流超過預設的最大值或反向電流超出預設的最大反向電流時，會觸發(fā)保護動作，從而避免事故發(fā)生或設備受損[3]。電流增量保護模塊負責事先設定閾值，并監(jiān)測電流的變化，一旦電流變化超出預設的閾值時，便觸發(fā)保護動作，避免因異常電流引發(fā)安全問題。定時限過流保護模塊能夠在特定的時間范圍內監(jiān)測電流情況，如果電流超過預設的閾值則完成保護操作，防止系統(tǒng)故障或過載。

1.2 輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊負責接收與輸出信號，完成與地鐵直流供電系統(tǒng)的數據交互及控制，包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數字輸入模塊及數字輸出模塊。其中，模擬量輸入模塊負責接收系統(tǒng)中的模擬量信號，如電壓、電流等，將這些模擬量信號轉換成數字信號，并完成處理與檢測。模擬量輸出模塊用于將數字信號轉換成模擬量信號，完成執(zhí)行動作或控制外部設備，如調節(jié)電壓或電流等。數字輸入模塊負責接收系統(tǒng)中的數字信號，如觸發(fā)信號、開關狀態(tài)等，以觸發(fā)特定操作或監(jiān)測設備狀態(tài)。數字輸出模塊的主要作用是輸出數字信號，完成對系統(tǒng)外部設備的控制，如觸發(fā)報警、開關控制等。

1.3 數據記錄與分析模塊

數據記錄與分析模塊負責記錄與分析地鐵直流供電系統(tǒng)的運行數據，便于后續(xù)的性能評估與故障排查。該模塊包括事件記錄與測量值記錄子模塊，其中，事件記錄模塊用于記錄系統(tǒng)中發(fā)生的報警、故障等事件，為后續(xù)的故障診斷與數據分析提供依據；測量值記錄模塊主要負責記錄地鐵直流供電系統(tǒng)的測量值，如電壓、電流等關鍵參數，便于后續(xù)的數據分析及系統(tǒng)性能評估。

1.4 連接與通信模塊

連接與通信模塊的主要作用是實現連接與通信，實現地鐵直流供電系統(tǒng)遠程監(jiān)控與數據傳輸。該模塊包括PC 機以太網連接接口與維護界面，借助PC 機以太網連接接口，將PC 機與以太網連接，實現遠程監(jiān)控與數據傳輸，便于相關維護人員監(jiān)測與維護地鐵直流供電系統(tǒng)。同時，提供對外操作界面，方便相關管理人員或技術人員完成參數調整、系統(tǒng)設置與故障診斷，可顯著提高維護效率。

2 檢測平臺的主要功能及實現

2.1 保護跳閘功能與重合閘閉鎖

為保證綜合保護裝置檢測平臺的可靠運行，需要配備可調電壓源，模擬電壓電流，完成各種保護參數的校驗與測試。該檢測平臺可自動讀取綜合保護裝置內部的保護定值，并利用PC 端SW 軟件連接操作臺，完成數據讀取，保護試驗界面包括全部保護目錄，用戶能查看保護裝置設定好的整定值。同時，該平臺具有自動測試功能，能測試保護裝置的輸入與輸出情況，以保證其各項功能可靠運行。此外，該平臺可以通過參數組完成下載，以確保綜合保護裝置原有內部參數穩(wěn)定。

重合閘閉鎖是指小車接收到主跳所雙邊聯(lián)跳信號后，線路進行閉鎖重合閘操作，并體現在一次圖上，同時具備復歸功能。不同情況下符合鄰站小車聯(lián)跳且閉鎖重合閘的條件有很多，如直流開關柜框架電壓保護動作、直流開關柜框架電流保護動作、鄰站聯(lián)跳閉鎖框架保護信號持續(xù)時間超過0.5s、斷路器合位下的手車位置變化、直流饋線斷路器故障、211 小車就地緊急分閘手柄操作及手車位置故障等[4]。鄰站的一次圖上沒有復歸命令，不能操作合閘命令，但上述情況下重合閘操作會被閉鎖，即使沒有復位也可完成合閘操作。

2.2 模擬故障排除與聯(lián)跳失靈故障

模擬故障排除功能主要針對直流小車本體、柜內二次回路及綜合保護裝置完成模擬故障檢測。利用繼電器輔助觸點模擬故障，常開觸點與常閉觸點能通過并聯(lián)或串聯(lián)等方式連接到經常出現故障的回路或零件中，從而模擬各種故障現象。例如，測試繼電器故障、合閘繼電器故障、小車位置信號故障及隔離放大器故障等。

聯(lián)跳失靈故障功能主要涉及框架保護聯(lián)跳失靈、本站小車保護聯(lián)至鄰站失靈以及鄰站保護聯(lián)跳至本站小車失靈三種情況。在K21 線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬框架保護動作后本站小車與整流變壓開關跳閘但鄰站小車不動作的故障現象；在K18 線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬本站小車正常跳閘動作但一次圖中鄰站小車不動作的故障情況；在K101 繼電器線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬鄰站小車動作但本站小車不動作的故障情況。聯(lián)跳失靈故障通過模擬不同聯(lián)跳條件下的故障尋找解決聯(lián)跳失靈的解決方法，以保證系統(tǒng)的可靠運行，并有效提高系統(tǒng)故障排除效率與準確性。

2.3 大電流脫扣測試與直流小車斷路器測試

大電流脫扣測試功能的實現過程如下：

首先，柜體結構需要預留接口，以方便外接大電流測試設備，簡化測試過程。

其次，整個測試臺需要達到相應的絕緣要求，以保證測試過程的準確性與安全性。

再次，將大電流發(fā)生裝置作為外接裝置，提供測試數據，同時使用PRO 錄波功能查看電流采集情況，完成測試數據分析。

最后，測試臺需要支持直流小車斷路器測試。

斷路器輔助觸點檢測如圖2 所示。

圖2 斷路器輔助觸點檢測

2.4 合閘回路測試與模塊輸入/輸出節(jié)點測試

合閘回路測試功能實現流程如下：

首先，利用檢測平臺保證合閘操作成功，并清楚地了解合閘失敗的故障部件與原因。

其次，正常合閘操作會通過線路測試判斷是否存在線路短路故障，檢測線路測試是否開始（K0 繼電器的線圈動作情況）及測試信號（-F51.2 的O2.2 輸出量），從而完成線路測試合閘監(jiān)視。

最后，檢測平臺需要監(jiān)視K05 繼電器的全部觸點是否正常動作，以保證K05 繼電器可靠、穩(wěn)定運行，同時監(jiān)測K02 繼電器全部觸點的開斷情況，以保證K02繼電器可靠、穩(wěn)定工作。

合閘回路測試如圖3 所示。

圖3 合閘回路測試

模塊輸入/輸出節(jié)點測試功能的實現主要依賴于檢測平臺對全部節(jié)點（即數字量輸入/輸出）完成測試。測試過程可以全自動進行，無需人工干預，能夠針對特定節(jié)點完成功能測試。主要過程為從I0.0～I2.7 到O0.0～O2.3，以保證輸入/輸出節(jié)點的正常動作，同時滿足內部PLC 邏輯。

此外，檢測平臺可以監(jiān)控上位機，以更好滿足模擬PSCAD 系統(tǒng)的要求。通過顯示各類事件記錄報警信息、動作畫面等內容，提供各類測試設定功能與測試功能反饋，從而實現對PSCAD 系統(tǒng)的模擬。并且，通過寫入PRO 映像文件保證被測品的功能開啟及參數設定與測試系統(tǒng)匹配，不僅可以有效避免人員過多介入，且能顯著提高橫向測試結果的準確性與一致性。

2.5 可視化一次模擬系統(tǒng)圖與測試界面

一次模擬系統(tǒng)圖的可視化主要涉及以下方面：

第一，基于牽引變電所一次供電系統(tǒng)圖建立系統(tǒng)圖，包括但不限于直流進線柜、整流變開關柜、負極柜、上網閘刀與直流饋線柜。

第二，在操作臺上裝置一臺模擬饋線柜213，以便于完成遠程操作模擬。

第三，系統(tǒng)圖可以模擬倒閘操作，且具有開關之間的聯(lián)鎖與閉鎖邏輯，能模擬三位置閘刀的機械保護邏輯。

第四，倒閘誤操作后，一次圖上出現報警提示，211 小車保護動作測試出現故障報警信號。

第五，拓展鄰站一次模擬圖，并模擬框架保護跳閘與鄰站小車保護跳閘后對本站的聯(lián)跳。

測試界面為觸摸屏，也可用鼠標、鍵盤等設備操作，整個人機交互界面簡潔、易用。通過測試界面，用戶能夠便捷地進入與設定各項功能菜單，且能隨時控制任一試驗。同時，測試界面具有一鍵測試功能，能夠根據預設的邏輯依次完成各類保護跳閘試驗。在每次保護動作后，測試界面能夠顯示本次動作時間與動作值。此外，通過PC 端SW 軟件的錄波數據與歷史記錄，用戶能夠輕松瀏覽與查看測試結果及相關信息，切實保障地鐵直流供電系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。

3 結語

綜上所述，綜合保護裝置檢測平臺對地鐵直流供電運行維護有重要意義。該檢測平臺可實時監(jiān)測電流與電壓等關鍵參數，有助于及時發(fā)現并應對各種故障與異常情況，有效保障地鐵供電系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行。同時，該平臺具有數據記錄與分析功能，能夠為后續(xù)的故障排查與系統(tǒng)性能評估提供重要依據，通過預測性維護與故障模式分析，顯著提升維護工作的效果與精確性。未來，需要持續(xù)進行技術創(chuàng)新與功能升級，以構建更自主化、智能化的檢測平臺，該平臺也有望在其他領域供電系統(tǒng)中得到廣泛應用，從而為更多行業(yè)提供高效、可靠穩(wěn)定的運行維護支持。