西安地铁DC1500 V直流开关柜线路测试不通过分析及后续改进措施

李 晴 薛 岩

（1.西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，陕西 西安 710016；2.中国铁路西安局集团有限公司西安高铁基础设施段，陕西 西安 710064）

0 引言

在地铁供电系统中，直流牵引供电系统故障会对运营服务造成较严重的影响，可能直接影响行车，因此如何快速高效地处理直流供电系统故障、恢复供电，提高检修质量，是摆在运营供电人员面前的难题和考验。

西安地铁四号线直流牵引系统为1500 V电压制式，采用天津保富电气有限公司生产的1500 V直流开关柜及TracFeed DCP207BC直流线路保护测控装置，为避免接触网金属接地及车辆牵引电气设备偶发性故障，保护装置设置线路测试功能，在送电时系统对母线电压、馈线电压和测试电阻进行对比分析，确保DC 1500 V接触网送电安全。

1 直流馈线柜线路测试不通过的典型故障案例

1.1 案例一：某牵混所直流开关柜213线路测试不通过

某停车场电调对4T3供电分区进行送电，213直流开关柜线路测试不通过，线路测试被闭锁信号（永久性故障）动作。

1.2 案例二：某车辆段牵混所直流开关柜213线路测试不通过

某车辆段变电专业控制信号盘及交直流电源装置检修作业结束，电调组织送电，213直流开关柜线路测试不通过，线路测试被闭锁信号（永久性故障）动作。

2 直流馈线柜线路测试

2.1 线路测试原理

直流馈线柜保护装置中装有线路测试装置，在向牵引网合闸送电时，必须对接触网进行线路测试，检查是否有短路故障，经测试合格后，才能闭合直流馈线断路器进行送电，避免直流开关合闸于故障线路，减少对系统的危害。

线路测试的工作过程：通过控制测试接触器的分合闸接通主母线和馈线之间的测试电阻；通过测量母线电压、馈线电压，计算回路剩余电阻，并将馈线电压和回路剩余电阻与设定值相比较，以确定是否具备合闸条件[1]。

线路测试原理图如图1所示，图中Ubb为母线电压，Ufed为馈线电压，Rres为线路剩余电阻，Rtest为检测电路上的测试电阻，Q10为线路测试接触器。

图1 设备本体线路测试原理图

在进行线路测试时，通过发出线路测试命令，使线路测试接触器Q10闭合，接通线路测试电阻回路。通过检测母线电压Ubb和馈线电压Ufed，计算测试电压和剩余电阻。将计算结果和预先设定的设定值比较，以此判断线路的绝缘情况是否良好[2]。

电压检测的两种情况：

第一种：Ubb＞Ufed，此时按照公式（2）计算剩余电阻Rres：

第二种：Ufed＞Ubb，此时按照公式（3）计算剩余电阻Rres：

母线电压（Ubb）和馈线电压（Ufed）会通过两个变送器被测量并传至保护装置，保护装置对测量电压进行分析计算，并与电压和电阻的设定限额相比较。

Ures为母线电压Ubb与馈线电压Ufed差的绝对值，根据测试结果分为3种情况：

（1）如果Ures＞100 V，Rres＞2 Ω，则直流断路器合闸。

（2）如果Ures＞100 V，Rres＜2 Ω，会继续进行3次线路测试，若3次后Rres＜2 Ω，则闭锁线路测试。

（3）如果Ures＜保护装置内部有压设置值100 V，则线路测试就会被立即中断，且闭锁线路测试。

2.2 故障案例具体分析

案例一直流开关柜213线路测试不通过，直流母线实际有压，保护装置显示0 V，线路测试时将母线电压瞬时送至馈线侧。Ures=|Ubb-Ufed|＞100 V，Rres＜2 Ω，属于第（2）种情况。

案例二直流开关柜213线路测试不通过，直流母线有压且正常采集，而接触网金属性短路，馈线电压始终为0 V，Ures=|Ubb-Ufed|＞100 V，Rres＜2 Ω，属于第（2）种情况。

3 故障原因分析

3.1 电压测量原理图

直流开关柜电压测量回路原理如图2所示，母排电压通过B8电压变送器后送至母线电压测量保护装置，馈线电压通过B9电压变送器送至馈线电压测量保护装置。

图2 电压测量回路原理图

3.2 后台故障报文分析

案例一当天仅断开213直流馈线开关，此时213直流开关馈线无压，但在线路测试时，将实际带电的直流母排电压瞬时送至馈线侧，馈线侧短时有压。母排电压由于变送器B8的37、39输出端子接线松动，致使母排电压采集回路无法采集母排电压，无法送至保护装置参与计算，线路测试不通过，线路测试接触器辅助触点断开，馈线侧无压，所以出现了“馈线有压动作、无压复归、有压复归、无压动作”报文，如图3（a）所示。

案例二作业断开211～216直流馈线开关及对应隔离开关，线路测试前，213直流馈线开关分位，213直流开关馈线无压，线路测试时，由于接触网金属性短路，馈线侧始终无压，所以213直流馈线开关在合闸过程中仅出现“线路测试-开启、线路测试-关闭、线路测试被闭锁信号（永久性故障）动作”报文，如图3（b）所示。

图3 后台机线路测试不通过报文

3.3 保护装置本体测量值显示分析

案例一作业仅断开213直流馈线开关及对应隔离开关，正常情况下，直流母线始终有压，但现场213直流开关柜的保护装置显示母线为0 V，判断母线采集回路存在问题，排查母线电压变送器B8的输入采集23、15，变送器电源27、28，输出37、39，保护装置B99.2的X2:42、X2:41接线，发现母线电压变送器B8的37、39输出端子接线松动，致使母线电压采集回路无法采集母线电压，经现场紧固后设备恢复正常。

案例二仅断开211～216直流馈线开关及对应隔离开关。根据213直流开关柜保护装置显示可知，此时直流母线有压，显示为1640 V，当213线路测试不通过时，线路无压报警灯常亮，线路测试闭锁报警灯常亮。

3.4 保护装置报文分析

当直流母线实际有压，母线采集回路故障，馈线侧无短路，线路测试时，母线电压送至馈线侧，会出现“有压U_fed”，线路测试不通过，出现“丢失U_fed”，如图4（a）所示。当母线有压且采集回路正常，馈线侧短路，线路测试时，馈线侧始终无压，不会出现“有压U_fed”和“丢失U_fed”，如图4（b）所示。线路测试每隔11 s进行一次，3次均失败后，线路测试被闭锁。

图4 设备本体线路测试报文

4 后续改进措施

4.1 做好故障处理思路总结

当直流开关柜送电线路测试不通过时，作业现场人员应首先观察直流馈线柜保护装置母排电压数值，当直流母排侧送电成功且数值为0，考虑电压采集回路故障，检查母线电压变送器B8的输入采集23、15，输出37、39，变送器电源输入27、28，母线保护装置的X2:42、X2:41接线是否正常。当母线电压采集回路正常，思路一是立即检查线路测试不通过对应接触网是否金属性接地（如地线未撤除）；思路二是检查馈线电压采集回路是否正常，方法为检查馈线电压变送器B9的输入采集23、15，输出37、39，变送器电源输入27、28，馈线保护装置的X1:47、X1:48接线有无问题。

4.2 做好日常检修维护

检修专业结合日常检修关键环节容易出错的地方，编制《检修作业关键点》，加强对检修人员关键点的培训，保证日常检修中端子及引线连接牢固、接触良好。

5 结语

直流开关柜是地铁牵引供电系统的核心，研究线路测试保护原理，不断总结直流开关柜每次故障处理思路及故障处理措施，提高运营供电人员故障处理效率，对保障地铁安全运营具有重要意义。