基于快速线路测试的直流馈线断路器重合闸失败分析

摘要：通过对一起地铁供电系统750V直流馈线断路器重合闸不成功事件的分析，反映了在地铁直流供电系统中，由于接触轨残压下降需要一定时限和断路器ED储能需要时间，在使用快速线路测试重合闸时，需要经过综合分析和计算，以防造成快速线路重合闸不成功的情况。

关键词：直流馈线断路器、重合闸策略、快速线路测试、原因分析

0引言

当前我国地铁直流牵引供电系统中，大多以750V或1500V直流电源作为机车牵引动力，直流馈线断路器作为主要的供电断路器，它的重合闸成功率是保障地铁安全稳定运营的可靠保证，在直流供电系统中起着举足轻重的作用。当直流上网电缆或接触轨出现非永久性故障时，保护装置使直流馈线断路器跳闸，为保证地铁供电的稳定性，直流馈线断路器将进行一次重合闸。为了提高重合闸速度，地铁供电系统中经常会使用到一种快速线路测试重合闸，当判断线路电压大于等于阈值（如500V）时，线路测试直接通过，断路器立即进行重合闸。本文对一起750V直流馈线断路器快速线路测试重合闸不成功事件的过程和现象进行研究分析。

1. 事件情况

2018年2月某地铁1号线各站点DC750V 直流开关柜馈线柜由于电网电压波动先后报出 di/dt 保护跳闸，断路器正常分断后均未自动重合闸成功。该区段内使用的750V直流开关保护装置为MS U-MLE-Ts，断路器本体为GE品牌。保护装置内使用的重合闸逻辑如下：

由上图可以看出，快速线路测试重合闸只需要判断跳闸后线路电压大于等于500V时，就立即（ms级别）重合;而正常重合闸需要进行16s的线路测试，即通过测试接触器注入电压，判断最小残压和最小残余电阻满足条件，线路测试通过，断路器才能合闸。

2主跳站重合闸失败分析

2.1主跳站重合闸失败事件记录

连接调试电脑，查看主跳站事件记录情况，发现以下事件记录：1）主跳站于02：13：48：240启动di/dt保护信号（start di/dt），40ms后，继保判定线路确实存在故障，于02：13：48：280 发出保护跳闸指令（Trip di/dt），同时输出ED脱扣命令（1.R2）、分励脱扣命令（0.R1），联跳邻站（0.R3）信号，设备故障报警信号（0.R2）;2）继保发出ED脱扣命令（1.R2）10ms后，于02：13：48：290接收到ED储能未完成状态信号（0.D2），说明此时ED脱扣器已经动作;3）02：13：48：300继保接收到断路器状态转换信号，也就是此时已完成了断路器的分闸动作，其中断路器合状态消失（0.D1下降沿）、分状态产生（0.D4上升沿）。在断路器完成分闸的同时，按继保自动重合闸逻辑，继保启动自动重合闸进程（ARP上升沿）;4）在di/dt保护启动后的290ms，也就是02：13：48：530继保发出线路测试进行中指令（1.R4上升沿）;现阶段馈线柜全部投入快速线路测试功能（Vfast设置阀值为500V），且接触轨电压下降较慢，在启动线路测试时电压仍高于500V，故线路测试直接通过，同时继保发出了线路测试成功指令（LTOK）;5）按继保自动重合闸流程，线路测试成功（LTOK）后，发送断路器合闸命令（0.R6），置位内部标志位RCL。继保发出合闸指令（0.R6 上升沿），02：13：48：540至02：13：48：950，脉冲长度为410ms，继保同时检测断路器是否合闸，如未合闸在检测时间“tCHK”（400ms）结束后，发出自动重合闸闭锁命令（ARL）;6）由继保事件记录可知继保发出的合闸指令在 02：13：48：950 时刻结束，此时断路器 ED 储能尚未完成，故未合闸成功;7）继保发出合闸指令后 9s270ms后，方完成断路器 ED 储能动作。

2.2主跳站重合闸失败原因分析

针对事件记录的第4）点“接触轨电压下降较慢，在启动线路测试时电压仍高于500V，故线路测试直接通过”。选取站点实际模拟di/dt保护动作进行直流馈线断路器保护动作试验验证，用示波器录取波形如下所示：

由示波图分析可知：接触轨失电后，根据供电区间的长度不同，接觸轨上的残压完全降至500V以下需要400ms左右。从事件记录中分析可得跳闸失电至启动快速重合闸的事件为290ms，此时电压确实高于500V，启动快速线路测试重合闸，立即合闸;但由事件记录的第6）、7）点可知，在合闸脉冲（410ms）结束时，断路器ED储能还未完成，直至02：13：58：220 时，继保接收到断路器ED储能完成信号，也就是说在合闸指令发送完毕9s270ms后断路器完成 ED 储能。在断路器未完成 ED 储能前，断路器不接收外部合闸指令，故重合闸失败。

综上所述，主跳站重合闸失败原因是断路器分闸后，接触轨电压400ms内仍有500V左右的电压，快速线路测试通过，保护装置发出合闸命令，但此时断路器ED 储能未完成（ED 储能自能量释放至再次完成储能预计需 14s），断路器无法进行合闸。

3被联跳站重合闸失败分析

3.1被联跳站重合闸失败事件记录

连接调试电脑，查看被联跳站事件记录情况，发现以下事件记录：1）被跳站在 02：13：37：540 接收到主跳站过流联跳信号（2.D3 上升沿）;2）10ms 后继保发出故障信号（0.R2）及断路器分励脱扣命令（0.R1）;3）被跳站在 02：13：37：630～02：13：37：640 时间内，完成断路器的分闸动作，断路器分状态（0.D4上升沿）;此时完成断路器第 1 次跳闸动作;4）断路器完成分闸后，首先判断是否为保护跳闸，非保护跳闸将发出自动重合闸闭锁信号（ARL，此信号仅闭锁 RCL，不会影响 LT 动作）;5）断路器分闸后 20ms，在 02：13：37：660 时刻，被跳站继保在过流联跳信号（2.D3 下降沿）发出线路测试进行指令（1.R4 上升沿），由于接触轨电压下降较慢，在线路测试进行过程中，电压仍高于500V（快速线路测试启动阀值），继保直接启动快速线路测试，发出了线路测试成功指令（LTOK）;6）线路测试成功后，继保在 02：13：37：670 发出合断路器指令（0.R6 上升沿），断路器进行合闸动作;7）在02：13：37：800时刻继保接收到断路器合状态（0.D1 上升沿）;此时继保第1次发送断路器合闸命令;8）断路器合闸成功的瞬间（10ms），被跳站继保再次收到主跳站过流联跳信号（2.D3 上升沿），时间为 02：13：37：810;9）10ms 后继保发出故障信号（0.R2）及断路器分励脱扣命令（0.R1）;10）被跳站在 02：13：38：130 时刻，完成断路器的分闸动作，断路器分状态（0.D4 上升沿）;此次跳闸由于断路器在短时间（600ms）内连续动作，分断时间被保护性拉长（330ms），此时完成断路器第 2 次跳闸动作。11）在 02：13：38：150 时刻，被跳站继保在过流联跳信号（2.D3 下降沿、02：13：38：140 时刻）发出线路测试进行指令（1.R4 上升沿），由于接触轨电压下降较慢，在线路测试进行过程中，电压仍高于 500V（快速线路测试启动阀值），继保直接启动快速线路测试，发出了线路测试成功指令（LTOK）;12）线路测试成功后，继保在 02：13：38：160 发出合闸指令（0.R6 上升沿），且一直保持高电平对外输出;此时继保第 2 次发送断路器合闸命令。

3.2被联跳站重合闸失败原因分析

由3.2.1事件记录分析及现场观察情况，被跳站跳闸后进行了一次重合闸，但合闸的瞬间又被联跳信号跳开。原因为重合闸结束后，再次收到邻站联跳信号（2.D3 上升沿），导致了断路器再次跳闸。如下图所示，第一次过流联跳后，由于接触轨电压下降较慢，在被跳站启动线路测试时，接触轨电压仍大于 500V（快速线路测试启动阀值），故被跳站直接启动快速线路测试，立即进行合闸，在 260ms 的时间内完成了断路器分闸后的合闸;但此时主跳站发送的联跳脉冲（1s）尚未发送完毕，故被跳站会继续接收主跳站的过流联跳信号，导致被跳站断路器再次跳闸。

综上所述，被联跳站重合闸失败原因是被联跳站断路器跳闸使用分励脱扣，无需储能，接触轨电压400ms内仍有500V左右的电压，快速线路测试通过，断路器合闸成功，示波器图形可以看出跳闸200ms后，电压由400V升高至正常电压（维持时间150ms左右）;但此时主跳站发出的邻站过流联跳信号（信号持续 1s）仍未发送完毕，又将被跳站断路器再次跳闸。

4结束语

本文通过对馈线断路器重合闸失败事件的分析，暴露出快速线路测试重合闸在实际应用过程中存在的问题，应结合实际情况考虑接触轨残压下降需要的时限和断路器ED储能时间等各种因素，当客观条件受限时，也就失去了快速线路测试重合闸的优势，经综合考量取消快速线路测试重合闸后，试验验证重合闸全部成功。本文为今后优化地铁馈线断路器重合闸保护、选型配合以及类似跳闸事件提供了新的查找方向和思路，具有实际意义。

参考文献

昆明地铁运营有限公司编.变电检修.西南交通大学出版社，2015.4

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张福生.牵引供电系统.北京交通大学出版社2013.6

李志慧.牵引供电系统及运行.北京交通大学出版社2018.8

作者详细介绍：卢凤磊（1983年1月），男，籍贯山东，汉族，本科，主要从事地铁供电设备的运行维护工作，目前就职于昆明地铁运营有限公司，云南省昆明市，650200