摘 要：介绍广州地铁2号线1 500 V直流开关的结构特点，阐述了控制保护原理，举2例分析有关运营故障，并提出对应措施，以确保地铁接触网供电系统的正常稳定运行。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
关键词：1 500 V直流开关；控制保护；故障分析；广州地铁2号线WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
0引言WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
广州地铁2号线接触网采用1500V直流双边供电系统。在牵引变电所（以下简称牵引所），通过干式整流器实现24脉波整流，将33kV交流电转变为1500 V的直流电，输送到母排后通过1500 V直流开关经直流电缆输送到接触网上。广州地铁2号线采用江苏长江电器集团与瑞士SECHERON合资生产的1500 V直流开关，馈线开关采用了SIEMENS 公司的DPU96作测控保护单元，进线开关及回流柜采用S7控制器。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
11500V直流开关的结构特点WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
1500V直流开关主要由上部连接、下部连接、驱动装置、合闸机构、分闸机构、大电流脱扣保护装置、灭弧装置以及分合闸位置辅助触点组成。其中驱动装置和大电流脱扣保护装置是1500 V直流开关的核心部分。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
驱动装置的作用是牵引棘轮拉动动触头使其与静触头闭合，完成合闸。驱动装置由工程塑料支架、限位缓冲弹簧、分闸辅助弹簧、传动圆钢组成。整个驱动装置在合闸线圈铁心的推动下在受限范围水平面内沿导轨方向前后运动。合闸时铁心推动驱动装置往前运动，驱动装置牵引棘轮拉动动触头运动 ；驱动装置的运动使分闸辅助弹簧压缩 ；为避免铁心向前使动触头与静触头发生猛烈冲击而损坏，驱动装置运行到限制位置后，限位缓冲弹簧受压收缩产生与铁心运动相向的力，吸收驱动装置的动能使之迅速平稳地停在与静触头密贴的位置。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
大电流脱扣保护装置是直流开关上利用电磁力原理实现直流保护的一种装置。有一个由硅钢片叠成的磁扼垂直套在动触头外侧，只要开关回路中的电流达到整定值，磁扼中产生的磁场把衔铁吸合下来，衔铁带动连杆，连杆的运动顶起牵引触头的棘齿，原来在水平方向力的平衡被打破，棘轮向上顶起，轴脱扣后，动触头在分闸弹簧作用下迅速弹开（这时合闸铁心未动）。DPU96根据辅助触点的输入和主电路电流电压的测量值进行运算，输出控制使合闸线圈失电、铁心后退，驱动装置在分闸辅助弹簧作用下往回运动，DPU96发出大电流报警信息。大电流脱扣保护的整定值通过调整磁扼中的磁通路来实现。WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
2 1500V直流开关的控制保护WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
广州地铁2号线1500 V直流开关采用西门子DPU96测控保护单元，实现对开关的控制、保护、测量及通信功能。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
2.1 1500V直流开关的控制WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
1）在开关本体上直接分闸P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
打开1500V开关柜门，转动小车面板前的操作手柄至分闸位，不需要经过DPU96判断条件可以直接分闸，也就是将机械转动直接作用在大电流脱扣装置上，使开关脱扣分闸。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
2） 当地位分合闸P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
在1500V开关柜面板上用分合闸按钮发触发信号给本开关DPU96，经DPU96运算判断后进行分合闸。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
3）远方位控制WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
牵引所内4台馈线直流1 500 V开关的DPU96、2台进线直流1 500 V开关及回流柜的S7各自通过通信模块，以PROFIBUS总线协议构成网络，经牵引所内RTU进行通信协议转换后，实现牵混所 （牵引所和降压所的统称，以下同） 中央信号屏、牵混所监控微机、 OCC控制中心对1 500 V直流开关的分合闸，并取得开关保护、电流电压量、操作记录等数据。WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
2.2 1500V直流开关的保护W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
1）大电流脱扣保护WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
直流进线、馈线开关设置大电流脱扣保护。大电流脱扣主要用于接触网近端短路保护，它在1 500 V直流开关上利用电磁原理实现保护分闸。进线开关整定值为12 000A，馈线开关整定值为9 000 A。WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
2） Imax保护WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
直流馈线开关设置有Imax保护，即电流速断保护。在DPU96中可设定Imax的整定值，只要DPU96检测到开关主电路中电流大于此整定值则DPU96保护分闸。馈线开关整定值Imax=8 000 A。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
3） 过电流保护WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
直流馈线开关设置过电流保护 。当电流达到整定值3 000 A并持续30 s后DPU96保护分闸。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
4） di/dt保护WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
直流馈线开关设置有di/dt保护，即电流变化率保护。开关合闸后，测量装置不断检测开关主电路中电流的变化率di/dt，当di/dt≥24 A/ms时发出报警，di/dt≥40 A/ms时触发DPU96产生中断。在30 ms内如果电流变化率仍高于40 A/ms则30 ms后DPU96保护分闸；如果30ms内电流变化率低于40 A/ms，则di/dt复零，中断退出。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
5） ΔI保护——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
直流馈线开关设置ΔI保护，即电流增量保护。在di/dt被触发后（di/dt≥40 A/ms）持续1 ms，ΔI达到整定值4 000 A(馈线开关)，经过延时(1 ms)，ΔI动作，DPU96保护分闸。di/dt保护和ΔI 保护是直流接触网末端短路的主保护。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
6）接触网热过负荷保护P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
直流馈线开关设置有接触网热过负荷保护。由于1500V的直流供电系统的电流较大，如果供电导体长时间通过大电流，可能会因供电导体的机械强度降低而导致故障发生。DPU96通过连续检测开关主电路中电流的大小和时间计算，判断结果后发出报警，如果电流持续增大则DPU96保护分闸并闭锁，经过设定的冷却时间后才可以重新合闸。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
7）反向电流保护plcjs.技.术_网
直流进线开关设置有反向电流保护。对于进线开关，在其S7 （控制器）中检测进线电流的方向及大小，一旦进线电流出现反向(即流入整流器方向)且大于所设定飘移值，则DPU96保护分闸，同时DPU96控制输出，通过硬线触点联跳33kV整流变进线开关及另外一台1500V进线开关。因此当一台1500V直流进线开关发生反向电流保护时，整个牵引所会退出运行。从运营安全的角度出发，可以考虑在运营前甩开对另外一台1500V进线开关的联跳线路，减少故障影响范围。WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
8）二极管逆流保护WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
广州地铁2号线1500V采用24脉波全波整流系统，在二极管整流器上装设有逆流保护。其原理为：在整流器的每一个整流桥臂上都装有1个穿心式电流互感器，如果整流桥臂内的某个二极管反向击穿，则在这个二极管支路的熔断器开始熔断的弧前时间和燃弧时间内，将有故障电流流经这个桥臂，接在电流互感器二次侧的逆流保护单元就有信号输出，向整流机组33kV进线开关保护装置发出跳闸信号，33kV开关保护分闸，同时33kV保护控制输出向1500V进线开关DPU96发跳闸信号，DPU96再保护分闸1500V进线开关。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
9）框架保护plcjs.技.术_网
直流开关柜、整流器柜、回流柜设置有框架保护。框架保护分为电流型框架保护和电压型框架保护。其原理为:负极柜的S7 （控制器）检测框架与大地之间的电流和框架对负极的电压，达到整定值则S7输出控制，通过硬线触点向本所所有1500V直流开关及邻所相邻 1500V直流开关发出联跳信号(脉冲宽度大于500ms)，每个直流开关的DPU96或S7收到信号后保护分闸同时闭锁自动重合闸程序。plcjs.技.术_网
10）馈线开关联跳邻所功能及自动重合闸程序WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
当馈线开关DPU96检测判断发生大电流脱扣分闸、Imax保护、过电流保护、di/dt保护、ΔI保护或接触网热过负荷保护时，DPU96通过硬线触点向邻所馈线1500V直流开关发联跳信号 (设计整定脉冲宽度少于500 ms)，联跳邻所馈线1500 V直流开关；邻所馈线开关DPU96检测到联跳信号后进行判断，满足条件（联跳脉冲宽度少于500 ms）则跳闸并进入重合闸程序，如果脉冲宽度大于500 ms（框架保护动作）则跳闸后退出重合闸程序；供电分区两端的馈线开关跳闸后，如果DPU96各自进入重合闸程序，则分别在85s内测试3次合闸条件，满足合闸条件则合闸，3次测试都不符合要求则DPU96退出重合闸程序。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网