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        地鐵牽引供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘探討

        2017-08-30 00:17:21深圳市地鐵集團(tuán)有限公司
        電子世界 2017年15期
        關(guān)鍵詞:故障

        深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 王 鴻

        地鐵牽引供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘探討

        深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 王 鴻

        為了提高地鐵牽引供電系統(tǒng)的可靠性,直流饋線斷路器保護(hù)中通常設(shè)有線路測(cè)試和自動(dòng)重合閘功能,大多數(shù)的直流饋線斷路器的線路測(cè)試次數(shù)設(shè)定為3次。本文介紹了地鐵牽引供電系統(tǒng)直流饋線斷路器的線路測(cè)試功能和自動(dòng)重合閘的原理,通過(guò)分析深圳地鐵1號(hào)線牽引供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘的案例,提出了優(yōu)化直流饋線斷路器的自動(dòng)重合閘次數(shù)的建議。

        線路測(cè)試;自動(dòng)重合閘;地鐵;直流牽引供電

        1 引言

        深圳市城市軌道交通1號(hào)線供電系統(tǒng)采用集中式、110/35kV兩級(jí)電壓供電方式,牽引和動(dòng)力照明共用35kV供電網(wǎng)絡(luò),牽引供電系統(tǒng)采用架空柔性接觸網(wǎng)供電。接觸網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓為DC1500V,允許電壓波動(dòng)范圍為DC1000~1800V,接觸網(wǎng)為正極,走行軌為負(fù)極。結(jié)合深圳地鐵1號(hào)線的運(yùn)行情況可以發(fā)現(xiàn),目前的供電方式運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,可以滿(mǎn)足地鐵列車(chē)的供電需求。

        羅湖至機(jī)場(chǎng)東線路里程40.892公里,架空柔性接觸網(wǎng)長(zhǎng)達(dá)134.35公里,由于架空柔性接觸網(wǎng)較長(zhǎng),特別是竹子林車(chē)輛段和高架站后瑞、機(jī)場(chǎng)東的架空柔性接觸網(wǎng)設(shè)置于戶(hù)外,所以接觸網(wǎng)容易受到外部條件的影響。除了狂風(fēng)、暴雨、雷電、回南天潮濕天氣等環(huán)境因素外,還有風(fēng)箏、孔明燈、上網(wǎng)電纜附近施工等人為因素,以及地鐵列車(chē)上的接觸器、逆變器、牽引電機(jī)等電器設(shè)備故障都會(huì)造成牽引供電系統(tǒng)的跳閘。

        為了縮小直流供電系統(tǒng)故障的影響范圍,提高供電系統(tǒng)的可靠性和供電的持續(xù)性,減少地鐵列車(chē)延誤對(duì)市民出行造成的影響,地鐵直流饋線斷路器的保護(hù)裝置中除了設(shè)有本體大電流脫扣保護(hù)、電流上升率保護(hù)、熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等功能外,還設(shè)有線路測(cè)試功能和自動(dòng)重合閘功能。當(dāng)外部設(shè)備發(fā)生瞬時(shí)性短路故障時(shí),自動(dòng)重合閘功能可以在1分鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)正常供電。

        2 線路測(cè)試原理及定值

        當(dāng)線路故障跳閘后,必須通過(guò)線路測(cè)試,驗(yàn)明線路無(wú)故障后才能進(jìn)行重合閘。如果線路測(cè)試未通過(guò),則閉鎖重合閘。線路測(cè)試功能是通過(guò)計(jì)算饋電區(qū)段上的電阻值來(lái)確定饋電線路上是否存在短路,以避免在線路存在短路故障時(shí)合閘斷路器。主要原理是在直流斷路器兩端并聯(lián)一個(gè)電阻測(cè)試回路,通過(guò)它向待測(cè)線路段短時(shí)施加電流。通過(guò)測(cè)試電流值、電壓值、測(cè)試電阻值計(jì)算出線路段的剩余電阻,如果剩余電阻R_rest大于“允許合閘最小電阻值”定值,就判斷為線路測(cè)試通過(guò),允許直流饋線斷路器合閘。

        根據(jù)下式得到測(cè)試值:

        U_rest =(I_p?R_p)+U_s

        R_rest = U_s/ I_p

        U_rest 剩余電壓

        R_rest 剩余電阻

        U_s 路段電壓

        I_p 測(cè)試電流

        圖1 線路測(cè)試原理圖

        表1 線路測(cè)試定值

        3 瞬時(shí)故障的自動(dòng)重合閘案例

        2017年05月03日08:51:04,深圳地鐵1號(hào)線前海灣牽引變電所211直流斷路器di/dt上升率瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘,桃園牽引變電所213直流斷路器接收聯(lián)跳信號(hào)跳閘。新安、前海灣、大新、鯉魚(yú)門(mén)、桃園軌電位限制裝置主觸頭閉合。斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘后,保護(hù)裝置啟動(dòng)線路測(cè)試,測(cè)試通過(guò)后直流饋線斷路器自動(dòng)重合閘,前海灣于08:51:35自動(dòng)重合閘成功,桃園213于08:51:41自動(dòng)重合閘成功,恢復(fù)了故障區(qū)段的接觸網(wǎng)的牽引供電。故障發(fā)生時(shí)147車(chē)、173車(chē)、145車(chē)在桃園至前海灣下行供電臂內(nèi)行駛,3列車(chē)分別位于鯉前區(qū)間、大鯉區(qū)間和桃大區(qū)間。前海灣211斷路器跳閘波形見(jiàn)圖2。

        圖2 前海灣211斷路器跳閘波形

        本次故障造成2~5分鐘晚點(diǎn)2列,5~10分鐘晚點(diǎn)4列,清客4列,清客約2800人,下線3列。經(jīng)全面檢查后發(fā)現(xiàn)147車(chē)控制單元軟件存在缺陷,高速斷路器跳閘診斷時(shí)間與主接觸器滅弧裝置的滅弧時(shí)間不匹配,造成牽引逆變器的中間接觸器斷開(kāi)時(shí)拉弧接地,導(dǎo)致供電設(shè)備跳閘,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)牽引逆變器的中間接觸器有明顯的電弧燒傷痕跡。

        雖然147車(chē)故障導(dǎo)致直流饋線斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘,造成接觸網(wǎng)失壓,但是直流饋線斷路器啟動(dòng)線路測(cè)試功能判斷外部瞬時(shí)故障消失后,自動(dòng)重合饋線斷路器,快速恢復(fù)了故障區(qū)段供電臂的牽引供電,避免了故障造成的影響繼續(xù)擴(kuò)大。通過(guò)本案例可以發(fā)現(xiàn):直流饋線斷路器的自動(dòng)重合閘功能對(duì)于接觸網(wǎng)或者地鐵列車(chē)瞬時(shí)性故障跳閘后快速恢復(fù)牽引供電、恢復(fù)地鐵列車(chē)的運(yùn)營(yíng)、減小地鐵列車(chē)延誤對(duì)市民出行造成的影響有重要意義。

        4 永久故障的自動(dòng)重合閘案例

        2017年3月7日07:45:45,竹子林車(chē)輛段215直流斷路器di/dt上升率瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作、電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘,自動(dòng)重合閘后保護(hù)再次動(dòng)作,重復(fù)3次后線路測(cè)試閉鎖。跳閘情況如下:

        表2 竹子林車(chē)輛段215斷路器跳閘記錄

        供電搶修人員經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)原因是施工鉆孔穿破損壞接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜,導(dǎo)致接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜高阻接地。對(duì)接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜檢查發(fā)現(xiàn),絕緣電阻測(cè)試正常,但耐壓試驗(yàn)未通過(guò)。該故障能通過(guò)DCP106的線路測(cè)試,但斷路器合閘后保護(hù)再次動(dòng)作跳閘,再次線路測(cè)試通過(guò),斷路器再次合閘后保護(hù)又一次動(dòng)作跳閘。通過(guò)本案例可以發(fā)現(xiàn):線路測(cè)試功能只能作為判斷饋電線路是否存在故障的輔助手段,線路測(cè)試通過(guò)并不能說(shuō)明饋電線路無(wú)故障,只能說(shuō)明饋電線路無(wú)金屬性短路故障。重合于該類(lèi)型的永久性故障時(shí),斷路器再次斷開(kāi)后原本不應(yīng)再次重合,但保護(hù)裝置并未配置此判據(jù),導(dǎo)致斷路器多次重合于通過(guò)了線路測(cè)試的永久性故障。重合于永久性故障產(chǎn)生的不利影響主要有:(1)使供電系統(tǒng)再次受到故障的影響;(2)使斷路器的工作條件惡化(因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)多次切斷故障電流)。

        5 自動(dòng)重合閘次數(shù)優(yōu)化

        針對(duì)此缺陷,可以從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化:(1)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,多數(shù)瞬時(shí)性故障都是1次自動(dòng)重合閘就成功了,設(shè)定的3次線路測(cè)試實(shí)際意義不大,所以可以考慮將線路測(cè)試次數(shù)由3次改為1次。因?yàn)槿绻撬矔r(shí)性故障,后續(xù)還可以通過(guò)電動(dòng)合閘或者通過(guò)越區(qū)供電方式恢復(fù)正常供電;而如果是永久性故障,就算是3次線路測(cè)試也不能恢復(fù)正常供電。(2)設(shè)定的3次線路測(cè)試不做改變,在保護(hù)裝置中增加斷路器自動(dòng)重合閘后保護(hù)再次動(dòng)作閉鎖斷路器合閘的判據(jù),避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路。(3)增設(shè)防跳功能,所謂防跳功能是防止斷路器合閘-分閘-合閘-分閘反復(fù)跳躍。目的在于就算出現(xiàn)合閘信號(hào)一直存在的情況,但只允許斷路器試合閘1次,如果合閘后再次跳閘,則判斷為斷路器合閘失敗,就禁止再次合閘,通過(guò)防跳功能產(chǎn)生的閉鎖信號(hào)來(lái)避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路。

        6 結(jié)語(yǔ)

        直流饋線斷路器的自動(dòng)重合閘功能對(duì)于接觸網(wǎng)或者地鐵列車(chē)瞬時(shí)性故障跳閘后快速恢復(fù)牽引供電、恢復(fù)地鐵列車(chē)的運(yùn)營(yíng)、減小地鐵列車(chē)延誤對(duì)市民出行造成的影響有重要意義,與自動(dòng)重合閘相關(guān)的線路測(cè)試功能并不能完全區(qū)分饋電線路是否故障。為了避免直流饋線斷路器多次重合于故障線路的情況,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),建議將線路測(cè)試次數(shù)由3次改為1次,或者在保護(hù)裝置增加斷路器合閘于故障線路跳閘后的閉鎖邏輯,或者在直流饋線斷路器上增設(shè)防跳功能。

        [1]鄭瞳熾.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社.2006.

        [2]丁復(fù)華.地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的電氣保護(hù)與定值[J].都市快軌交通,2005,18(4):136-140.

        [3]張華英.地鐵直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù)配合的探討[J].電氣化鐵道,2001(3):8-9.

        王鴻(1984—),男,大學(xué)本科,工程師,主要從事地鐵供電系統(tǒng)技術(shù)管理工作。

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