新技术的应用与新设备的调试.docx

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新技术的应用与新设备的调试

四．新技术的应用与新设备的调试

九号线是去年刚运营的新线路，下面我就谈谈在九号线的授电接管工作中，牵引直流高速开关的控制保护装置DPU96的应用与调试。

上海地铁九号线直流牵引供电系统采用了SIMENS公司的DPU96保护单元，DPU96是基于可编程控制器PLC的数字式继电保护装置取代传统的继电器等保护装置，从而大大提高了可靠性，保护性能及配电的自动化程度。

快速断路器柜

带手车的馈线开关柜的前视图

DPU96数字式保护及控制装置

（1）DPU96的技术数据

SITRAS®DPU96PU中央处理单元（带有PROFIBUS）

数字式输入

24路输入

直流24V

电气隔离

（用于所有数字式输入/输出的一个参考点）

是

输入电压（额定值）

直流24V

用于“0”信号

0…+4V

用于“1”信号

+12…+30V

“1”信号的输入电流

标准1mA

延时

标准3ms

用于“0”→“1”

用于“1”→“0”

所有输入的总负荷

100%

数字式输出

用于断路器跳闸的1路输出

直流24V

用于断路器跳闸的1路晶闸管输出

直流250V

用于隔离放大器和其它直流24V装置的电源

直流24V，最大负荷电流2.0A

16路输出

直流24V

电气隔离

（用于所有数字式输入/输出的一个参考点）

是

输出电压（额定值）

直流24V

用于“0”信号

最大+1V

“0”信号的残留电流

最大0.3mA

用于“1”信号

最小22V

容许范围

0…0.5A

所有输出的总负荷

总共2.5A

测量值输入

光纤输入，来自隔离放大器的测量值由此输入（电流和牵引电压以及其它取决于隔离放大器的测量值）

模拟输出

1个输出，具有短路保护，可通过它输出各种不同的测量值

±10V

接口

采用RS232标准接口与PC连接

电源电压

电压波特率1

直流:

4V…90V+10%,-20%

电压波特率2

直流:

24V…90V+10%,-20%

交流:

60V…240V,50/60Hz+10%,-20%

最大连续电流

5A

最大峰值电流

7.5A

最大接通电流

10A（∆t≤100ms）（直流24V）

电流时间积分

12t≤41A2

充电脉冲

最大功率消耗

170W（负荷为2.0A、24VDC）

符合IEC529的保护

IP20

尺寸（BxHxT）

250x135x140mm

重量

3.2kg

最小间距

顶部

20mm

底部

50mm

左侧

10mm

右侧

10mm

相对湿度

符合IEC721-3-3（09/95）

2级

允许的环境温度

操作：

0℃…+50℃

储存，运输：

-25℃…+70℃

记录断路器负荷

区段馈线

母线

系统配置

（2）DPU96的保护特性

SITRAS®DPU96数字式保护和控制装置是以微处理器为基础研究开发的。

该系统用于避免直流开关设备和接触网设备出现过负荷情况，并根据电流的变化在达到最大短路电流之前检测出短路的发生。

特性：

∙Imax（静态过电流分析）

∙∆I（涌流分析）

∙di/dt（电流上升率分析）

∙热保护

∙定时限过电流保护

∙电压监视

∙测量存储器

∙事件存储器

∙报警存储器

扩展的可选功能：

∙区段控制

∙电缆绝缘监视

∙功率、电能计算

∙开关设备负荷

（3）用途和应用

3.1整流器变电所中的区段馈线保护

直流接触网系统中的独立供电区段通过所谓的区段馈线输入。

其中还安装有与保护设备配套的直流快速断路器，用来保护下列系统部件：

●馈线电缆

●接触网

●未经保护的车辆部件

●防止过负荷

为了确保操作过程中成本最优化，应将系统负荷尽量设高。

另外，还要确保在发生故障时保护装置能够可靠、迅速地关闭。

3.1.1区段馈线保护的要求

●各相供电中短路和过负荷的检测和跳闸。

●限制由于电流的快速反应次数和快速跳闸而产生的幅度和持续时间。

●快速跳闸，以尽量减小对系统部件所产生的机械应力和热应力。

●整个变电所内部的保护装置的正确分级。

为了尽量多地满足这些要求，应有保护功能的选择和应用范围。

3.1.2保护功能

保护功能可以通过订购安装入下列功能组中：

短路保护包括：

●过电流保护

●电流上升率跳闸

过负荷保护包括：

●定时限过电流保护

●热过负荷保护

其它系统保护

●供电电缆监视

●电压监视

3.1.3馈线开关柜控制

●通过开关位置监视控制快速直流断路器。

●显示快速断路器的位置（在区段测试过程中闪烁）

●选择开关“本地/遥控”

●“直接接通”功能

●测试和自动重合闸功能

-如果电缆输出端有电压，则无需断路测试就自动重合闸。

-可以通过电压测量配置自动重合闸所需的测试周期、测试阶段和残留电阻。

-显示测试结果。

-检测“持续短路”

-检测“未实现的自动重合闸”

●在关闭/接通自动测试功能的情况下，辅助开启快速断路器。

●开始区段测试的补充前提。

●用于安全临界输出的故障诊断。

●“组故障”显示。

可询问传递事件存储器中的详细报告。

●“持续短路”显示（区段锁定）。

●触发外部开关操作计数器。

●框架故障处理（故障电流）。

馈线开关柜控制功能的可选项：

●相邻变电所中的快速直流断路器的联锁跳闸或由于附近变电所的联锁跳闸而引起的当前断路器跳闸。

●通过旁路母线隔离开关用于在区段馈线开关柜与旁路之前联锁。

●通过电压和电流测试值计算区段残留电阻（必需与直流隔离放大器配套）

3.1.4电缆绝缘监视

与直流隔离放大器和电缆监视器模块相连接。

●导体与屏蔽层之间的短路。

●屏蔽层与大地之间的短路。

●屏蔽层破裂

●绝缘失效

通过导体为两个屏蔽层电缆提供正电势。

3.1.5断路器负荷的存储（开关统计）

●通过快速直流断路器中断电流的增加

●显示最后中断的电流

3.2初始接通后的校准

在使用参数[150]初始化校准之前，装置可以被重置。

这样可以将所有参数设置到缺省值。

[150]初始化

如果确认了该参数，则除了密码和访问权限之外，所有参数均被设为缺省值。

删除了测量值、事件和报警存储器。

可以从第11章中找到缺省值列表。

在装置试运行过程中，保护装置必须与分流器和分压器模块的跳闸相匹配。

为此，应设置下列参数：

[20]分流器：

转换用于内部计算的输出电流测量值。

举例：

分流器：

3000A/60mV

设置：

[20]=3000A/60mV=50A/mV

[21]分压器：

转换用于内部计算的输出电压测量值。

举例：

额定电压Urated=750V

=>通过分压器模块1000V分压

设置：

[21]=分压器跳闸值/10V=100

[715]测试分流器：

转换用于内部计算的测试电流测量值。

（仅适于可选项“需要计算残留电阻的测试电流测量”）

举例：

分流器：

60A/60mV

设置：

[715]=60A/60mV=1A/mV

[152]偏置补偿

其中补偿的是通过隔离放大器产生的偏置电压。

必须在无电压或电流的情况下才能进行偏置补偿，即，只能在断路器关闭的情况下才能进行偏置补偿（返回信号CBOFF）。

快速测试

当馈线接通时，此功能使断路器快速自动重合闸。

编号

名称

单位

类型

访问权限

简介

702

Fasttest

-

EP

EXP

测试总是执行或者取决于区段馈线电压[703,P704]

703

Fasttest:

Umin

V

EP

EXP

区段馈线电压低限

704

Fasttest:

delay

s

EP

EXP

必须超过的区段馈线电压低限规定持续时间

[702]Fasttest（快速测试）

开关参数，开关闭合并进行区段全面测试或仅仅快速测试。

设置参数，AP：

专家，是/否，缺省编号

[703]Fasttest:

Umin（快速测试：

Umin）

区段馈线所测电压值（此信息用于许多功能）

设置参数，AP：

专家，分辨率：

1V，缺省值：

500V

[704]Fasttest:

delay（快速测试：

延时）

检测区段电压时，必须超过电压低限Umin所需时间。

设置参数，AP：

专家，分辨率：

1秒，缺省值：

2秒

（4）电流上升率di/dt和电流增量∆I保护的原理及整定原则。

直流系统短路具有短路电流上升速度快，短路电流大的特点，因此直流系统的保护有别于交流系统。

在地铁直流牵引系统常用的保护中，电流上升率di/dt保护和电流增量ΔI保护是两种重要的保护。

这两种保护可以在短路发生的初期检测到故障，相应的断路器可以在短路电流达到稳态值之前将故障回路切除，保护设备的安全。

本文简要介绍这两种保护的原理及整定原则。

      直流馈线电流的测量是通过分流器和变送器来实现的。

电流在分流器上的压降通过变送器隔离、放大后，转换成标准信号，进入保护单元。

当线路检测到有di/dt或ΔI故障时，分流器R1（如图4）得到故障信号。

送到电压变送器U20，经隔离、放大后转换成标准信号，进入DPU控制器的F51（如图5），F51发出跳闸信号（A10），再经跳闸回路（如图6），K02线圈失电，开关分闸。

  在实际运用中，di/dt和ΔI是通过相互配合来实现保护功能的，而且这两种保护的启动条件通常都是同一个预定的电流上升率。

在启动后，两种保护进入各自的延时阶段，互不影响，哪个保护先达到动作条件就由它来动作。

一般情况下，di/dt保护主要针对中远距离的非金属性短路故障，ΔI主要针对中近距离的非金属性短路故障（金属性直接短路故障由断路器自身的电磁脱扣装置来跳闸）。

以下详细介绍两种保护的动作过程。

4.1.di/dt电流上升率保护（以下简称di/dt）与整定

     在运行中，保护装置不断检测电流上升率。

当电流上升率高于保护设定的电流上升率时，di/dt保护启动，进入延时阶段。

若在整个延时阶段，电流的上升率都高于保护设定值，那么保护动作；若在延时阶段，电流上升率回落到保护设定值之下，那么保护返回。

     图2表示了一个电流波形在两种保护整定值下的动作情况。

在图中分别用“

（1）”和“

（2）”来代表这两种情况。

图2中，a点电流上升率高于di/dt保护整定值，保护启动。

在b点，对于情况

（1）来说保护延时达到di/dt保护延时整定值，且电流上升率始终高于di/dt保护整定值，保护动作；对于情况

（2），在c点，电流上升率回落到保护整定值以下，而此时保护延时整定值尚未达到，保护返回。

4.2.ΔI电流增量保护（以下简称ΔI）与整定

     在di/dt保护启动的同时ΔI保护也启动进入保护延时阶段，从ΔI保护启动的时刻开始继电器以启动时刻的电流作为基准点计算相对电流增量。

若电流上升率一直维持在di/dt保护整定值之上，在达到ΔI保护的延时整定值后，电流增量达到ΔI保护整定值，则保护动作。

    在计算电流增量的过程中允许电流上升率在相对较短的时间内回落到di/dt保护整定值之下。

只要这段时间不超过di/dt返回延时整定值，则保护不返回；反之保护返回。

图3是ΔI保护针对几种典型电流的动作情况：

电流

（1）：

保护未动作，电流增量虽然超过ΔI整定值，但延时时间不足。

电流

（2）：

保护动作，电流增量超过ΔI整定值，延时时间满足。

电流（3）：

保护动作，电流增量超过ΔI整定值，延时时间满足。

电流（4）：

保护未动作，在电流上升的过程中，电流上升率回落到di/dt整定值以下，且超过di/dt返回延时值，因此保护返回。

在e点保护重新启动，并以e点作为新基准点。

4.3保护的方向性

     为了避免保护越区跳闸，di/dt和ΔI保护必须具有方向性。

一些旧型号的保护继电器对于反向电流是不会动作的。

由于微机型保护继电器的普及，新一代的继电器对于正向及反向电流可以有不同的整定值。

一般来说，反向电流的整定值比正向电流的整定值大得多。

这样对于系统可靠性又有了一定的提高。

由于线路及列车情况的复杂性，di/dt及ΔI保护的整定值除了理论计算外，必须经过相应的现场试验来最终确定。

九号线1500V直流断路器的整定值为：

di/dt40A/30ms，ΔI4000A/1ms。

作为一名高技术工人不仅要体现在埋头苦干、任劳任怨上，更体现在最能适应经济发展方式转变、最能及时掌握先进技术、最能推动先进生产力发展上。

展望未来，我想在工作中将学到的业务技术应用到生产实践中，通过实践不断地提高自己的技术水平，为企业为社会多做贡献。