地铁牵引变电所高压直流开关无法合闸故障的处理

薛小强 赵 垒 王晓博

（西安地下铁道有限责任公司运营分公司，710016，西安∥第一作者，高级工程师）

西安地铁2号线牵引供电系统是由牵引变电所将交流35 kV降压整流为直流1500 V后，通过接触网送与电客车自带的受电弓将电能输送给电客车使用。目前西安地铁2号线正线采用刚性接触网，车辆段采用柔性接触网。车辆段柔性接触网设置在户外，划分为2D1、2D2、2D3、2D4共4个供电分区，对应车辆段牵引变电所211、212、213、214直流馈线断路器。由于车辆段柔性接触网设置在户外易受外界环境的影响，造成在车辆段接触网分区停电后产生残压的现象，从而影响牵引直流馈线开关的正常合闸，严重时会威胁到地铁车辆的正常运行。在西安地铁2号线开通初期，就发生过因接触网残压过高导致停电作业完成后由于馈线断路器线路测试不通过，致使延误接触网正常送电的故障。

1 故障发生过程

2011年12月13日13：28，西安地铁2号线渭河车辆段牵混所发生直流开关213无法合闸。当日故障发生前检修人员完成车辆段内2D3分区接触网上网隔离开关及分段绝缘器检修工作，并要求电调恢复2D3分区供电。在进行213开关合闸时发生开关无法合闸，PSCADA（电力监控系统）报文为“213开关线路测试不通过”、“断路器闭锁”。在进行2次试送电后开关仍然无法合闸，并发现报文：“213开关线路测试不通过”、“断路器闭锁”（见表1）。

表1 故障报文截图信息

检修人员对接触网2D3分区、213直流馈线开关进行了检查，但未发现异常情况；同时对213直流开关在试验位进行操作，开关仍可正常合闸；用兆欧表遥测2D3分区接触网的绝缘，绝缘性能合格。

经对故障现象进行初步分析，故障原因应是由于接触网线路或直流断路器不能满足保护装置线路测试功能的要求。在确定接触网无故障后，为保证车辆段电客车的正常通行、尽快恢复接触网的供电，抢修人员临时决定通过车辆段内接触网越区隔离开关实现2D1供电分区向2D3供电分区的越区供电。执行此操作期间相应开关工作正常，通过越区实现了2D3分区接触网的送电。

2 故障原因的分析

2.1 线路测试功能的原理

线路测试功能，是断路器在开关合闸前保护装置对馈线接触网进行一次测试，并将所测数据与设定值进行对比，以确保开关不会合在故障线路上。

西安地铁2号线直流1500V开关采用的是赛雪龙生产的SEPCOS保护装置。其线路测试功能的原理是在断路器合闸前进行，保护装置监测直流开关母线电压Ur、馈线接触网电压Uf，并根据情况对馈出侧电阻进行测量（见图1），通过对所测数据（见表2）与设定值进行对比，以判断接触网线路是否正常。

图1 线路测试原理图

表2 线路测试的参数

线路测试的各种情况如下：

A：Ur＜Uresidue，且Uf＞Uflow，直流开关直接合闸；

B：Ur＞Uflow，且Uf＞Uflow，直流开关直接合闸；

C：Ur＞Uflow，且Uf＜Uresidue，直流开关合线路测试接触器，若测量到的线路电阻R≥Rmin，则断路器合闸，否则闭锁；

除上述A、B、C以外的情况断路器均自动闭锁合闸。

由以上原理可以看出，线路测试主要有两个参数：一是线路测试残压；二是线路电阻。因此可从这两方面入手对设备运行状态进行检查。

2.2 线路电阻的检查

故障发生后，抢修人员对接触网设备进行了全面的检查，无接触网短路接地、绝缘子放电等异常情况，随后采用2500V摇表摇测接触网对地绝缘电阻为50MΩ。接触网绝缘正常。在实际操作中，通过对2D3供电分区进行了越区供电，接触网正常，也表明线路绝缘符合要求，故排除了线路电阻过低或接触网存在短路接地的情况。

2.3 线路残压的检查

2.3.1 实测的线路残压

在故障检修时直流断路器分闸，2D3供电分区接触网未送电情况下，经对直流开关保护装置所测的接触网电压进行观察，接触网残压较高，最高残压约为341V。经抢修人员多次观察并记录当时接触网残压值见表3。

表3 车辆段213开关保护装置所测残压值

2.3.2 合闸失败事件记录的残压

对直流断路器保护装置SEPCOS中的事件记录及线路测试的设置进行了查看，设定值与设计整定值相同（见表2所列参数）；直流开关在多次试合闸失败时保护装置线路测试所测馈线接触网的测量数据显示，当时所测得接触网残压分别为：324V、340V、318V、336V、334V。

根据保护装置线路测试的工作原理：当开关合闸前装置所测馈线接触网电压大于保护装置所设接触网残压值Uresidue、小于线路最小工作电压Uflow时，线路测试不通过，开关不能合闸且自动闭锁。而当Uresidue小于300V时，开关保护启动线路测试、合线路测试接触器，若测量到的线路电阻R≥Rmin则断路器合闸，否则不能合闸并闭锁。

2.4 故障原因

鉴于以上调查分析，车辆段213直流开关不能正常合闸的原因主要是：接触网存在一定的残压，当直流断路器合闸前，2D3分区接触网残压大于300 V，大于保护装置中所设接触网残压的设定值，且小于保护设定的最小工作电压，保护装置误认为接触网可能存在短路或其它故障情况，因此自动禁止合闸并闭锁断路器。

3 故障处理

在确认车辆段内接触网无异常，2D3分区接触网的残压不会对车辆段内接触网设备、牵引供电系统及行车设备构成威胁的情况下，根据残压最高值多出现在300～378V之间，结合车辆段接触网设置在室外、周边环境较为复杂这一特点，决定将车辆段内直流开关保护装置线路测试中的接触网残压设定值由300V修改为450V，以躲过目前车辆段内接触网的实际残压最高值。在与供电系统总设计及设备生产厂家技术人员共同确认方案后，对车辆段直流馈线开关的线路测试值进行了修改。修改后，经过3个多月的运行检验和对车辆段牵引变电所直流开关及场内接触网观察，设备状态良好，能够满足正常运行的要求，并且至今未再发生类似故障。

4 结语

针对2D3供电分区接触网的残压和其它地区地铁的运行情况进行了调研和了解，南京地铁、天津地铁、广州地铁等车辆段接触网也发生过残压过高导致送电合闸不允许的情况，初步判断线路残压可能是由于分段绝缘器、接触网绝缘子受外界影响绝缘下降，相邻分区未停电存在静电感应等原因造成。对残压产生的具体原因仍需在今后的运行过程中进一步进行研究分析。

通过此次直流开关无法合闸故障的处理认识到：车辆段内接触网安装在户外，周边环境比较复杂，接触网易受外界环境影响而产生较大的残压；这一点在对牵引供电系统电力保护装置功能的设置中应充分予以考虑，以保证供电系统本身得到充分保护的情况下，确保不会对正常的牵引供电造成影响。

［1］上海市电力公司.变电运行操作技能必读［M］.北京：中国计划出版社，1989.

［2］曹建忠.倒闸操作安全技术［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［3］张艳霞.电力系统保护与控制［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［4］郑瞳炽，张明锐.城市轨道交通牵引供电系统［M］.北京：中国铁道出版社，2003.