地铁牵引供电框架保护及功能性改造

陈忠

摘 要：文章主要结合西门子专用的S5系列中的PLC技术以及牵引供电技术、SNAUT技术来对其框架保护以及相应的功能改造进行详细论述，有效的缩短和控制了处理框架保护故障的时间。此外，改造技术方案则是结合数据传递方式以及控制逻辑关系还有协议转换、对组态软件进行修改来实现。

关键词：地铁；PLC；牵引供电；框架保护；负极柜

框架保护已经成为当前地铁供电牵引系统中最具影响、最为直接以及最为重要的一种保护。一旦框架保护作出动作，将会导致上行、下行四个供电分区停电，整个列车运行将陷入瘫痪。在发生框架保护故障之后，其恢复供电的实际速度将决定列车中断运行的具体时间，所以对框架保护故障进行及时、有效处理，对于整个供电牵引系统以及整个地铁运营都有着非常重要的作用。因此这也就要求我们要切实做好地铁牵引供电框架保护及功能性改造工作。

1 框架保护原理及其范围

地铁站内部每个牵引变电所的相应直流进线柜以及所有负极柜与直流馈线柜、还有整流器内部框架全部有效连接起来，再通过分流电阻实施单点接地。将框架与负极之间的电压值大小视作电压型框架保护的判断依据。通过分别输入负极柜S5-95U中的指定PLC设备进行有效的程序判断，并由该S5-95U型负极柜来判断是否作出框架跳闸保护指令。不论是电压型保护动作，还是电流型的框架保护动作，再与本所直流系统所有相关的断路器设备均跳闸，包括系统内部的全部直流馈线柜以及直流进线柜、变压器交流侧AC 33KV断路器，此外还会致使两个牵引所出现联跳相邻以及发生故障的四个供电分区中相关的直流馈线断路器，进而导致上行、下行的全部供电分区出现停电，从而造成列车运营中断。

2 框架保护故障处理办法

当前框架保护主要分为两个类型，即电流型、电压型这两种，其中电流型主要是依据相关标准，将框架对地所产生的泄漏电流进行有效反应，它的侧重点也在此；而电压型则主要是通过负极，将其对框架电压的反映呈现出来，它的侧重点主要集中在外线线路上。应该说，面临这种截然不同的框架保护，其相应的检查以及处理重点也不尽相同。如果发生了电压型框架保护故障，则需要将检查重点集中到隧道内部的接触网、钢轨以及车辆等等，并主要对设备有无存在短路、有无出现抬高轨电位等情况进行认真检查。如果作出电流型框架保护，应重点对每个变电所内部的变配电设备有无存在泄漏情况进行重点、定期检查与巡视。所以从某种程度上，要做好上述两种类型的框架保护动作，就需要对上述两种类型进行认真、严格区分。

系统运行中，当框架作出保护动作且出口时，相应的保护出口则立即被闭锁。与此同时，与四个供电分区惜惜相关直流断路器则全部出现跳闸，此外故障所内部的两个33KV AC断路器断电。当故障解除之后，需要恢复供电时，则需对负极柜进行相应的复位操作，这样才能真正实现对跳闸成功后的直流断路器进行重新供电。

3 改造技术方案

3.1论述

所谓改造技术方案则主要是利用研究数据的特定传输方式以及协议转换还有控制逻辑关系，通过对监控程序、组态软件以及接口程序还有PLC程序进行修改来实现。如图2所示得出，负极柜以及各支直流进线柜还有直流馈线柜、AC 33 KV柜等，都拥有各自的一套S5-P5U以作系统逻辑控制与相应的通信设备。而每个S5-P5U则要与S5-115u，结合Profibus DP的相应总线协议以实现通信，同时采取一种主从式方式，也就说在系统运行过程中，将每个S5-P5U都会和相应的S5-115U进行相应的数据交换，从而全面接受S5-15u的有效控制与管理；而S5-115u同RTU之间则通过相应的报文格式转换，且将RTU中的全部报文格式中设计成为SINAUT 8FW形式。数据通过将SNAUT 8FW报文格式有效、及时的传输到远程监控计算机内，以实现组态、动态监控。

3.2 框架保护远程复归改造方法

3.2.1 对S5-95U的负极柜中的PLC程序进行修改

从图2中可以得出，在其负极柜中拥有一个PLC框架，其主要作用即确保现场复归信号能够接入到指定模块中，且该复归信号是现阶段变电所解决现场复归框架保护故障的唯一输入点，所以可以对该输入点密切相关的负极柜PLC程序进行重点分析，同时也可在I320的复归逻辑关系中并一个能够接受远方正处监控的逻辑输入点。应该说在本组项目改造过程中，通过F22 O只需远方下达一个F22 O指令，就可以实现框架保护装置复归。不过需要注意的一点是，由于F22 0是一个标志位，所以最好同其他相应的控制命令共用同一个字节或者是相同字中的不同位。

I320以及F22 0在负极柜中的PLC程序中多次用到。待将程序修改完成后，利用专用西门子STEP5编程软件以及其它专用写入工具，将该程序刻入到EPROM中，从而代替以往传统的EPROM程序来对负极柜进行实时、有效的监控。

3.2.2 对RTU接口程序进行修改

应该说，F22 0这一远程复归命令标志位，通过S5-95U负极柜中的PLC程序逻辑运算、功能块、程序模块以及数据模块之间的相互数据交换之后，再利用Profibus DP总线，将其有效的传输至S5-115U中的PLC中，而在S5-115U的相应程序中，通过特定程序模块以及数据模块还有功能模块之间的有效数据交换，转变成为Profibus DP总线上的第6通信子段第25字节的第0位。在RTU中，利用西门子专用的SINBIT软件将Profibus 报文格式转变成为SINAUA形式的报文格式。同时也将S5-115U中的 Teleg ram 6 25 0转换成为专业的SINAUA45.0形式的报文格式。然后再利用西门子专业的SNBIT软件将已经修改的程序接口生成相应的L2HEX程序文件，然后再利用SINPDC专业化参数软件，将其所生成的相应L2HEX程序文件依序写入到RTU中指定的FSP程序处理模块。通过辅助于RUT通信模块以及OTN光纤网，还有其他相关的软硬件设备以实现对远程计算机的相关联。

3.2.3 对组态软件进行修改

（1）在相应的VICOS P500监控程序组态画面主接线图中，增设一个相应的远程复归按钮。例如，在2011负极刀闸旁增添一个复归按钮。

（2）对新增设的按钮进行全新的属性定义。将RTU中的ANAUT格式的报文45.0重新定义到VICOS P500的相应监控程序中。

（3）对报警、记录以及变电所名称、设备、元素类型、注释等等进行重新属性定义。

4结束语

文章主要结合框架保护的原理及其范围对其在地铁牵引系统中的框架保护及其相应的功能改造进行详细论述与探讨。为日后进一步研究地铁牵引系统中的框架保护提供了一定理论支持，

参考文献

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