武汉地铁堤角所703开关频繁跳闸事故分析

任 峰

武汉地铁堤角所703开关频繁跳闸事故分析

任 峰

摘 要：通过对堤角所703开关跳闸波形的分析以及现场的实际调查，找到了703开关频繁跳闸的原因。经过试验验证，改变了列车运行方式，完满解决了问题。

关键词：地铁供电；DDL保护；跳闸；故障分析

任 峰：武汉地铁运营有限公司，工程师，湖北武汉 430035

0　引言

地铁直流牵引供电系统中馈线的保护在保证牵引供电系统向列车安全供电方面发挥着重要作用，其主要功能是防止列车接触轨上的短路和过负荷现象的发生，并在故障时能可靠迅速地切除故障，以保证列车、设备和乘客的安全[1]。

地铁直流系统目前普遍采用DDL保护（即电流上升率和电流增量保护）作为馈线主保护。该保护通过对馈线电流If及其电流变化率di/dt的连续检测，并将di/dt与斜率设定值E（保护启动值）和F（保护返回值）进行比较，以确定线路是否存在故障。

DDL保护灵敏性很高。在地铁列车运行过程中，某些不明原因的瞬时扰动可能造成DDL保护动作。这给运营维护人员带来困扰。如何在DDL保护动作后分析原因，找到故障点，这是摆在地铁供电维护人员面前的难点。

1　事故简述

武汉地铁1号线堤角站自开通以来一直是站前折返。随着汉口北工程即将开通，从2014年3月份开始，列车运行方式调整为站后折返。但自从运行方式调整后，堤角牵降所703开关开始频繁跳闸。从2014年3 月19日至5月20日，累计发生10次703跳闸事件。每次跳闸均是堤角703DDL+△I保护动作联跳滠口新城701。跳闸时动作电流均在5 000 A以上，最大值达到8 600 A。从跳闸时的典型故障录波图来看，跳闸时出现明显的振荡过程，比较符合拉弧时的特征。虽然每次跳闸后均自动重合成功，没有影响到列车运行，但给相关部门带来巨大压力。

同时，经与车辆部联系，这段时间频繁发生集电靴受流器被电弧烧伤事件。在此期间，已发生5起列车受流器被烧伤事件，部分情况烧伤严重，轴箱盖有烧融痕迹。

2　事故调查

综合以上情况，我们推测故障点可能在堤角站后折返区间。

2014年5月7日晚，机电部组织技术人员在堤角站后折返区（图1）进行检查。检查发现，折返区渡线接触轨DT607端部弯头烧蚀严重（图2）。

3　事故分析

3.1直流保护原理

3.1.1DDL+△I保护原理

DDL保护是直流馈线开关柜的主要保护。该保护设置在直流馈线柜内，主要用于中、远距离或电阻型故障的检测，动作电流值小于断路器门限，通过分析馈线电流增量△I及时间t来判断故障。DDL保护分为DDL+△I与DDL+△T保护，保护功能可以单独投退。实际运行中，一般都是DDL+△I动作。DDL+△T保护很少启动。

DDL保护通过对馈线电流If及其电流变化率di/dt的连续检测，并将di/dt与斜率设定值E（保护启动值）和F（保护返回值）进行比较，若di/dt＞E，则开始测量△I和时间t。自di/dt＞E始，以启动时刻的电流作为基准值计算相对电流增量，当电流增量大于△Imax（设定值）后，经过延时t△Imax（设定值），则由DDL+△I保护出口发出跳闸信号。

如果在△I保护出口动作前，检测到di/dt＜F，则检测△I和△t值归零，即DDL保护复归。保护动作示意图见图3[2]。

3.1.2自动重合闸

当接触网发生故障时，断路器故障跳闸，启动线路测试，并根据测试结果判断故障的性质，如故障是瞬时性的，自动重合闸装置会使断路器重新合闸。如故障时永久性的，则闭锁重合闸。瞬时性故障：当接触网线路被继电保护迅速断开后，当故障点的绝缘强度重新恢复，此时，如果把断开的线路断路器再合上，就能恢复正常的供电，因此，称这类故障为“瞬时性故障”。

永久性故障：在线路被断开后，故障仍然存在，这时即使再合上电源，由于故障仍然存在，线路还要被继电保护再次断开，因而就不能恢复正常的供电。

3.2故障原因分析

列车任一牵引单元的集电靴全部脱离三轨时，三轨与末端集电靴之间一般均会出现拉弧和电蚀现象，电蚀程度取决于即时电流的大小和列车速度。列车在堤角站后折返通过渡线时，因受流器只能从DT607端部弯头处取流，故电流会相对较大，极易造成拉弧。当弧光较大时，电弧将会燃烧到转向架，导致系统接地短路（实为正负极短路）。巨大的短路电流将会烧蚀受流器及转向架，并导致直流开关跳闸。直流开关跳闸后，电弧会自然熄灭，系统绝缘性能恢复。此后，保护会启动线路测试，测试合格后启动自动重合闸成功。

图1　折返区接触轨布置图

图2　端部弯头烧蚀痕迹

图3　DDL+△I保护示意图

4　试验验证

为减少电蚀，避免直流开关跳闸，2014年5月22日，机电部、车辆部在堤角站后折返岔区进行列车过岔区的速度试验，研究在不同驾驶模式下的拉弧情况。试验内容分别在自动（Auto）模式和惰行工况（PM）模式下，控制列车过岔区速度在15～30 km/h范围内，检验列车受流器拉弧和该供电区间跳闸情况。试验结果见表1。

从试验结果看，完全证实了我们之前的推断。列车在经过DT607端部弯头时，最容易拉弧的是尾车的第3受流器，其次是前车的第3受流器。在采用惰行工况模式下，当列车速度不超过25 km/h，列车过弯头时不会拉弧。考虑到在列车速度达到25 km/h时，司机对惰行开始时间点不易把握的问题，建议在列车过折返区时速度控制在20 km/h，并采用惰行工况模式。惰行开始时间点为前车第3受流器即将离开DT607端部弯头时。

列车更改运行方式后，未再发生703跳闸及受电靴烧蚀事件。

表1　不同列车速度时试验记录

5　结论

（1）列车在堤角站后折返通过DT607端部弯头时，因只有1个取流点，取流电流较大，极易拉弧。当弧光较大时，电弧将燃烧到转向架，导致系统接地短路（实为正负极短路）。巨大的短路电流将会烧蚀受流器及转向架，并导致直流开关跳闸。

（2）最容易拉弧的是尾车的第3受流器，其次是前车的第3受流器。其他受流器很少拉弧。

（3）当列车速度控制在20 km/h，并采用惰行工况模式下，可以保证列车在过弯头时不拉弧。

参考文献

[1] 王广峰，孙玉坤，陈坤华．地铁直流牵引供电系统中的DDL保护[J]．电力系统及其自动化学报，2007，19（1）：59-62．

[2] 何宗华，汪松滋，何其光．城市轨道交通供电系统运行与维修[M].北京：中国建筑工业出版社，2005．

责任编辑 冒一平

Analysis on Frequent Tripping Accidents of Breaker 703 at Wuhan Metro Dijiao Station

Ren Feng

Abstract:Through analysis of the breaker 703 tripping waveforms and in-situ investigation at Dijiao station, the paper identifies the breaker 703 frequent tripping causes. Through test verification, the way to solve the problem occurred in train operation mode is changed with satisfactory.

Keywords:metro power supply, DDL protection, tripping, fault analysis

收稿日期2014-07-28

中图分类号：U231.8