用于地铁直流供电运行维护的综合保护装置检测平台

郭德龙，张华英，甘侠峰，邓霄云，楼祺皞

（上海地铁维护保障有限公司供电分公司，上海 200335）

0 引言

该研究中提出的检测平台能够实现多种功能，包括参数调整、快速检测装置功能与状态以及模拟与检测各类故障，将该检测平台应用到地铁交通中，有助于提高系统的可靠性与稳定性，为地铁交通的安全性与可靠性提供有力支持[1]。

1 综合保护装置检测平台设计

为满足地铁直流供电系统的运行维护需要，设计保护功能模块、输入/输出模块、数据记录与分析模块、连接与通信模块等[2]。综合保护装置检测平台功能模块如图1 所示。

图1 综合保护装置检测平台功能模块框图

这些模块相互配合，使综合保护装置检测平台能够实时监测与保护电压与电流，完成系统控制与数据交互，并在记录与分析系统运行数据的基础上，完成连接与通信，从而保障地铁直流供电的可靠性与安全性。

1.1 保护功能模块

保护功能模块负责监测与维护地铁直流供电系统中的电压与电流情况，包括过流保护模块、电流增量保护模块及定时限过流保护模块。过流保护模块负责实时监测电流大小，当电流超过预设的最大值或反向电流超出预设的最大反向电流时，会触发保护动作，从而避免事故发生或设备受损[3]。电流增量保护模块负责事先设定阈值，并监测电流的变化，一旦电流变化超出预设的阈值时，便触发保护动作，避免因异常电流引发安全问题。定时限过流保护模块能够在特定的时间范围内监测电流情况，如果电流超过预设的阈值则完成保护操作，防止系统故障或过载。

1.2 输入/输出模块

输入/输出模块负责接收与输出信号，完成与地铁直流供电系统的数据交互及控制，包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字输入模块及数字输出模块。其中，模拟量输入模块负责接收系统中的模拟量信号，如电压、电流等，将这些模拟量信号转换成数字信号，并完成处理与检测。模拟量输出模块用于将数字信号转换成模拟量信号，完成执行动作或控制外部设备，如调节电压或电流等。数字输入模块负责接收系统中的数字信号，如触发信号、开关状态等，以触发特定操作或监测设备状态。数字输出模块的主要作用是输出数字信号，完成对系统外部设备的控制，如触发报警、开关控制等。

1.3 数据记录与分析模块

数据记录与分析模块负责记录与分析地铁直流供电系统的运行数据，便于后续的性能评估与故障排查。该模块包括事件记录与测量值记录子模块，其中，事件记录模块用于记录系统中发生的报警、故障等事件，为后续的故障诊断与数据分析提供依据；测量值记录模块主要负责记录地铁直流供电系统的测量值，如电压、电流等关键参数，便于后续的数据分析及系统性能评估。

1.4 连接与通信模块

连接与通信模块的主要作用是实现连接与通信，实现地铁直流供电系统远程监控与数据传输。该模块包括PC 机以太网连接接口与维护界面，借助PC 机以太网连接接口，将PC 机与以太网连接，实现远程监控与数据传输，便于相关维护人员监测与维护地铁直流供电系统。同时，提供对外操作界面，方便相关管理人员或技术人员完成参数调整、系统设置与故障诊断，可显著提高维护效率。

2 检测平台的主要功能及实现

2.1 保护跳闸功能与重合闸闭锁

为保证综合保护装置检测平台的可靠运行，需要配备可调电压源，模拟电压电流，完成各种保护参数的校验与测试。该检测平台可自动读取综合保护装置内部的保护定值，并利用PC 端SW 软件连接操作台，完成数据读取，保护试验界面包括全部保护目录，用户能查看保护装置设定好的整定值。同时，该平台具有自动测试功能，能测试保护装置的输入与输出情况，以保证其各项功能可靠运行。此外，该平台可以通过参数组完成下载，以确保综合保护装置原有内部参数稳定。

重合闸闭锁是指小车接收到主跳所双边联跳信号后，线路进行闭锁重合闸操作，并体现在一次图上，同时具备复归功能。不同情况下符合邻站小车联跳且闭锁重合闸的条件有很多，如直流开关柜框架电压保护动作、直流开关柜框架电流保护动作、邻站联跳闭锁框架保护信号持续时间超过0.5s、断路器合位下的手车位置变化、直流馈线断路器故障、211 小车就地紧急分闸手柄操作及手车位置故障等[4]。邻站的一次图上没有复归命令，不能操作合闸命令，但上述情况下重合闸操作会被闭锁，即使没有复位也可完成合闸操作。

2.2 模拟故障排除与联跳失灵故障

模拟故障排除功能主要针对直流小车本体、柜内二次回路及综合保护装置完成模拟故障检测。利用继电器辅助触点模拟故障，常开触点与常闭触点能通过并联或串联等方式连接到经常出现故障的回路或零件中，从而模拟各种故障现象。例如，测试继电器故障、合闸继电器故障、小车位置信号故障及隔离放大器故障等。

联跳失灵故障功能主要涉及框架保护联跳失灵、本站小车保护联至邻站失灵以及邻站保护联跳至本站小车失灵三种情况。在K21 线圈中串联常闭辅助触点，模拟框架保护动作后本站小车与整流变压开关跳闸但邻站小车不动作的故障现象；在K18 线圈中串联常闭辅助触点，模拟本站小车正常跳闸动作但一次图中邻站小车不动作的故障情况；在K101 继电器线圈中串联常闭辅助触点，模拟邻站小车动作但本站小车不动作的故障情况。联跳失灵故障通过模拟不同联跳条件下的故障寻找解决联跳失灵的解决方法，以保证系统的可靠运行，并有效提高系统故障排除效率与准确性。

2.3 大电流脱扣测试与直流小车断路器测试

大电流脱扣测试功能的实现过程如下：

首先，柜体结构需要预留接口，以方便外接大电流测试设备，简化测试过程。

其次，整个测试台需要达到相应的绝缘要求，以保证测试过程的准确性与安全性。

再次，将大电流发生装置作为外接装置，提供测试数据，同时使用PRO 录波功能查看电流采集情况，完成测试数据分析。

最后，测试台需要支持直流小车断路器测试。

断路器辅助触点检测如图2 所示。

图2 断路器辅助触点检测

2.4 合闸回路测试与模块输入/输出节点测试

合闸回路测试功能实现流程如下：

首先，利用检测平台保证合闸操作成功，并清楚地了解合闸失败的故障部件与原因。

其次，正常合闸操作会通过线路测试判断是否存在线路短路故障，检测线路测试是否开始（K0 继电器的线圈动作情况）及测试信号（-F51.2 的O2.2 输出量），从而完成线路测试合闸监视。

最后，检测平台需要监视K05 继电器的全部触点是否正常动作，以保证K05 继电器可靠、稳定运行，同时监测K02 继电器全部触点的开断情况，以保证K02继电器可靠、稳定工作。

合闸回路测试如图3 所示。

图3 合闸回路测试

模块输入/输出节点测试功能的实现主要依赖于检测平台对全部节点（即数字量输入/输出）完成测试。测试过程可以全自动进行，无需人工干预，能够针对特定节点完成功能测试。主要过程为从I0.0～I2.7 到O0.0～O2.3，以保证输入/输出节点的正常动作，同时满足内部PLC 逻辑。

此外，检测平台可以监控上位机，以更好满足模拟PSCAD 系统的要求。通过显示各类事件记录报警信息、动作画面等内容，提供各类测试设定功能与测试功能反馈，从而实现对PSCAD 系统的模拟。并且，通过写入PRO 映像文件保证被测品的功能开启及参数设定与测试系统匹配，不仅可以有效避免人员过多介入，且能显著提高横向测试结果的准确性与一致性。

2.5 可视化一次模拟系统图与测试界面

一次模拟系统图的可视化主要涉及以下方面：

第一，基于牵引变电所一次供电系统图建立系统图，包括但不限于直流进线柜、整流变开关柜、负极柜、上网闸刀与直流馈线柜。

第二，在操作台上装置一台模拟馈线柜213，以便于完成远程操作模拟。

第三，系统图可以模拟倒闸操作，且具有开关之间的联锁与闭锁逻辑，能模拟三位置闸刀的机械保护逻辑。

第四，倒闸误操作后，一次图上出现报警提示，211 小车保护动作测试出现故障报警信号。

第五，拓展邻站一次模拟图，并模拟框架保护跳闸与邻站小车保护跳闸后对本站的联跳。

测试界面为触摸屏，也可用鼠标、键盘等设备操作，整个人机交互界面简洁、易用。通过测试界面，用户能够便捷地进入与设定各项功能菜单，且能随时控制任一试验。同时，测试界面具有一键测试功能，能够根据预设的逻辑依次完成各类保护跳闸试验。在每次保护动作后，测试界面能够显示本次动作时间与动作值。此外，通过PC 端SW 软件的录波数据与历史记录，用户能够轻松浏览与查看测试结果及相关信息，切实保障地铁直流供电系统的可靠、稳定运行。

3 结语

综上所述，综合保护装置检测平台对地铁直流供电运行维护有重要意义。该检测平台可实时监测电流与电压等关键参数，有助于及时发现并应对各种故障与异常情况，有效保障地铁供电系统可靠、稳定运行。同时，该平台具有数据记录与分析功能，能够为后续的故障排查与系统性能评估提供重要依据，通过预测性维护与故障模式分析，显著提升维护工作的效果与精确性。未来，需要持续进行技术创新与功能升级，以构建更自主化、智能化的检测平台，该平台也有望在其他领域供电系统中得到广泛应用，从而为更多行业提供高效、可靠稳定的运行维护支持。