地鐵牽引變電所一起直流系統(tǒng)接地故障的處理.doc

1、地鐵牽引變電所一起直流系統(tǒng)接地故障的 處理趙壘（西安地下鐵道有限責(zé)任公司，運(yùn)營分公司，西安 710016）摘要：本文介紹了地鐵車輛段發(fā)生的一起變電所直流系統(tǒng)接地故障的分 析及處理過程，首先對(duì)西安地鐵變電所直流系統(tǒng)的直流絕緣監(jiān)測裝置的原 理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并分析了絕緣監(jiān)測裝置在預(yù)警和處理直流系統(tǒng)線路 絕緣故障時(shí)的重要作用，最后提出了針對(duì)車輛段在戶外敷設(shè)二次直流電纜 的建議。關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)，接地故障，絕緣，監(jiān)測A TREATMENT OF METRO TRACTIONSUBSTATION DC SYSTEM GROUNDING FAULTLei Zhao(Xi an MetoCo. Ltd,O

2、peration Branch. Xi an10016)Abstract: The treatments of DC systems grounding fault in metro traction substation were introduced in this paper. The working principle and the importance in early warning and fault treatment with DC system line insulation of the DC systems insulation monitoring equipmen

3、t of Xian subway substation were expounded and analyzed in detail. Finally,the modification program for laid outdoors secondary DC cable in Metro Depot was proposed .Keywords :DC system,Earth fault,Insulation, Monitor0引言西安地鐵二號(hào)線一期共設(shè)有18各變電所及2個(gè)主變電站，每個(gè)變電所均設(shè)有一套 （主站為兩套）變電所直流系統(tǒng)。變電所直流系統(tǒng)主要用于所內(nèi)設(shè)備的二次部分用電，包括：繼電

4、保護(hù)裝置、信號(hào)裝置、自動(dòng)裝置、開關(guān)控制操作裝置等的用電， 是地鐵變電所重要的組成部分，直流系統(tǒng)的安全可靠性直接影響著地鐵變電所的安全運(yùn)行，關(guān)系到牽引供電的可靠供給。地鐵變電所直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，支路較多，且與所內(nèi)的35kV開關(guān)柜、1500V 直流牽引系統(tǒng)、0.4kV開關(guān)柜等設(shè)備二次保護(hù)、控制等部分均有連接，因此發(fā)生 接地故障機(jī)會(huì)較多。當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于沒有短路電流流過，熔斷器不會(huì)熔斷， 所以仍能繼續(xù)運(yùn)行，但是這種接地故障必須及早發(fā)現(xiàn)，否則當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地故障時(shí)，不但有可能引起信號(hào)回路、控制回路、繼電保護(hù)等的不正確動(dòng)作，還回造成1500V直流開關(guān)柜合閘線圈失電，造成牽引系統(tǒng)饋線開關(guān)全部跳閘

5、，威 脅地鐵牽引供電系統(tǒng)的安全。1 故障的發(fā)生過程2012 年 6 月 29 日，西安地鐵二號(hào)線渭河車輛段牽引混合變電所，交直流盤絕緣檢測裝置突發(fā)報(bào)警，報(bào)警顯示110V 直流系統(tǒng)正接地，根據(jù)絕緣監(jiān)測裝置所檢測支路的絕緣情況對(duì)照110V 直流系統(tǒng)接線圖紙分析，可知為直流盤饋電屏饋出至車輛段內(nèi)2141 和 2121 上網(wǎng)隔離開關(guān)電機(jī)回路的支路。經(jīng)過對(duì)故障支路的線路進(jìn)行絕緣測試發(fā)現(xiàn)該支路正極線對(duì)地絕緣為0（采用500V 兆歐表測量）。在對(duì)該支路電纜內(nèi)其他線路進(jìn)行測量，絕緣均良好，為及時(shí)排除故障，恢復(fù)設(shè)備， 保證車輛段內(nèi)電客車的牽引用電安全，經(jīng)對(duì)故障分析后決定，采用該饋出支路的備用電纜芯替換故障的正極

6、接線。完成替換接線后，絕緣監(jiān)測裝置未在監(jiān)測到線路接地情況，恢復(fù)了設(shè)備的安全供電。2 絕緣監(jiān)測裝置的原理西安地鐵的變電所直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置采用珠海泰坦生產(chǎn)的GMCU-C直流絕緣監(jiān)測單元，其特點(diǎn)具有：采用直流漏電流檢測原理、霍耳傳感器，無需在直流母線或支路上打入 任何檢測信號(hào)，不受系統(tǒng)接地電容影響。傳感器采用磁調(diào)制比例檢測技術(shù)，內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路，輸出精度0 1%, 線性度 1%,溫漂小，1mv/C,工作環(huán)境溫度-10C-+70Co每個(gè)傳感器均安裝有靜電屏蔽網(wǎng)，具有良好的抗電磁干擾性能?？蓽?zhǔn)確檢測多饋線支路同時(shí)或不同時(shí)接地情況。監(jiān)測單元通過內(nèi)部RS485 口通信接口與微機(jī)集中監(jiān)控裝置通信圖1 G

7、MCU-C直流絕緣監(jiān)測單元及霍耳傳感器西安地鐵二號(hào)線所用的GMCU-C型直流屏絕緣監(jiān)測裝置的原理是利用高靈敏度的霍爾電流傳感器，檢測各支路導(dǎo)線正負(fù)極的流入與流出電流的差值，來判斷該支路負(fù)載的絕緣裝況。具體原理如下圖所示：正鞘 M +圖2絕緣檢測裝置原理示意圖如圖2所示，絕緣檢測裝置中霍爾電流傳感器不斷監(jiān)測直流系統(tǒng)中的各條支路。從電源正極母排 KM+流出的電流I + ,流經(jīng)全部支路負(fù)載后，返回電流負(fù)極 母排KM的支路電流為I-o當(dāng)該該支路絕緣良好，沒有漏電流時(shí)，流經(jīng)霍爾傳感器的電流大小相等，方 向相反，I+和I-所產(chǎn)生的磁場相抵消，霍爾傳感器監(jiān)測不到磁場存在，輸出為零。則有：I+ 1-=0而當(dāng)該

8、支路有絕緣狀態(tài)較差或存在接地情況時(shí)可有：直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地的平衡電阻為：Ro存在絕緣故障支路的對(duì)地絕緣電阻為： Rr故障支路的泄露電流為：Ir如果接地為正極線路接地則有：I+ -I-= Ir如果接地為負(fù)極線路接地則有：I+ I-= Ir因此可以根據(jù)霍爾電流元件所感應(yīng)電流的方向，判斷支路接地性質(zhì)為正極接 地或負(fù)極接地。假設(shè)發(fā)生某一支路正極對(duì)地接地故障，此時(shí)根據(jù)圖2可得到如圖3所示的正 極饋線接地等效電路圖，其中 U為直流母線電壓，可通過直流系統(tǒng)測量得到 Ii、 I2均為流經(jīng)直流系統(tǒng)平衡電阻的電流。甲KM+負(fù)母齦M-VJ2圖3正極饋線接地等效電路圖(1)根據(jù)基爾霍夫定律及歐姆定律可有:Rr Ir=

9、 RoIlI2= I1+ Ir(2)I2 R0 + Rr Ir =U(3)解方程(1)、(2)、(3)可得：1 , U 、Rr = 2 (斤Ro)同理也可求得各支路發(fā)生負(fù)接地時(shí)的接地電阻值。3故障的原因分析及處理通過觀察絕緣監(jiān)測裝置對(duì)各直流饋線的絕緣監(jiān)測報(bào)警信息，找到發(fā)生絕緣故 障的饋線支路，對(duì)故障支路的電纜拆除后分別測量正負(fù)極絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)其正極 接線與地的絕緣電阻值為0(采用500V兆歐表)。同時(shí)在對(duì)電纜的路徑檢查發(fā)現(xiàn) 該電纜在饋至隔離開關(guān)端約十幾米長采用直埋法敷設(shè)于土壤中，且當(dāng)日有下雨， 地面積水較多，因此可判斷該二次直流控制電纜在施工過程中受到損傷，但未明顯暴露，由于故障發(fā)生時(shí)的雨水較

10、多，雨水由電纜損傷處滲進(jìn)電纜內(nèi)部， 造成電 纜正極線纜對(duì)地絕緣故障。為及時(shí)恢復(fù)車輛段變電所上網(wǎng)隔離開關(guān)的電機(jī)回路供電，保證車輛段內(nèi)牽引供電的可靠穩(wěn)定，當(dāng)即檢修人員及時(shí)對(duì)直流盤饋至 2141和2121上網(wǎng)隔離開關(guān)的 備用電纜進(jìn)行檢查，在確認(rèn)電纜絕緣良好后，對(duì)發(fā)生絕緣故障的正極電纜進(jìn)行了 更換。4結(jié)語針對(duì)車輛段部分二次直流電纜需敷設(shè)于戶外， 為保障二次電纜絕緣的可靠性 建議采用電纜溝道敷設(shè)法，盡量避免采用土壤直埋法；在選用二次控制電纜時(shí)應(yīng) 選用帶有鎧裝的電纜，防止起在施工或使用過程中受外界損傷。變電所直流系統(tǒng)接地故障直接威脅所內(nèi)高壓設(shè)備、牽引供電系統(tǒng)的安全，因此選用可靠、精準(zhǔn)的直流絕緣監(jiān)測裝置，可以在直流系統(tǒng)絕緣因故障降低時(shí)及時(shí) 幫助檢修人員發(fā)現(xiàn)絕緣故障，并判斷出故障支路。但由于變電所二次直流系統(tǒng)接 線較多，系統(tǒng)龐雜，即使判斷出絕緣故障支路，對(duì)支路較多的直流系統(tǒng)查找其故 障點(diǎn)仍然較為困難，因此絕緣監(jiān)測裝置可在判斷絕緣故障支路的基礎(chǔ)上，考慮增加能夠快速判斷電纜