郭德龍，張華英，甘俠峰，鄧霄云，樓祺皞

（上海地鐵維護保障有限公司供電分公司，上海 200335）

0 引言

該研究中提出的檢測平臺能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，包括參數(shù)調(diào)整、快速檢測裝置功能與狀態(tài)以及模擬與檢測各類故障，將該檢測平臺應(yīng)用到地鐵交通中，有助于提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，為地鐵交通的安全性與可靠性提供有力支持[1]。

1 綜合保護裝置檢測平臺設(shè)計

為滿足地鐵直流供電系統(tǒng)的運行維護需要，設(shè)計保護功能模塊、輸入/輸出模塊、數(shù)據(jù)記錄與分析模塊、連接與通信模塊等[2]。綜合保護裝置檢測平臺功能模塊如圖1 所示。

圖1 綜合保護裝置檢測平臺功能模塊框圖

這些模塊相互配合，使綜合保護裝置檢測平臺能夠?qū)崟r監(jiān)測與保護電壓與電流，完成系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)交互，并在記錄與分析系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成連接與通信，從而保障地鐵直流供電的可靠性與安全性。

1.1 保護功能模塊

保護功能模塊負責(zé)監(jiān)測與維護地鐵直流供電系統(tǒng)中的電壓與電流情況，包括過流保護模塊、電流增量保護模塊及定時限過流保護模塊。過流保護模塊負責(zé)實時監(jiān)測電流大小，當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)的最大值或反向電流超出預(yù)設(shè)的最大反向電流時，會觸發(fā)保護動作，從而避免事故發(fā)生或設(shè)備受損[3]。電流增量保護模塊負責(zé)事先設(shè)定閾值，并監(jiān)測電流的變化，一旦電流變化超出預(yù)設(shè)的閾值時，便觸發(fā)保護動作，避免因異常電流引發(fā)安全問題。定時限過流保護模塊能夠在特定的時間范圍內(nèi)監(jiān)測電流情況，如果電流超過預(yù)設(shè)的閾值則完成保護操作，防止系統(tǒng)故障或過載。

1.2 輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊負責(zé)接收與輸出信號，完成與地鐵直流供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互及控制，包括模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字輸入模塊及數(shù)字輸出模塊。其中，模擬量輸入模塊負責(zé)接收系統(tǒng)中的模擬量信號，如電壓、電流等，將這些模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并完成處理與檢測。模擬量輸出模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，完成執(zhí)行動作或控制外部設(shè)備，如調(diào)節(jié)電壓或電流等。數(shù)字輸入模塊負責(zé)接收系統(tǒng)中的數(shù)字信號，如觸發(fā)信號、開關(guān)狀態(tài)等，以觸發(fā)特定操作或監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)。數(shù)字輸出模塊的主要作用是輸出數(shù)字信號，完成對系統(tǒng)外部設(shè)備的控制，如觸發(fā)報警、開關(guān)控制等。

1.3 數(shù)據(jù)記錄與分析模塊

數(shù)據(jù)記錄與分析模塊負責(zé)記錄與分析地鐵直流供電系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的性能評估與故障排查。該模塊包括事件記錄與測量值記錄子模塊，其中，事件記錄模塊用于記錄系統(tǒng)中發(fā)生的報警、故障等事件，為后續(xù)的故障診斷與數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)；測量值記錄模塊主要負責(zé)記錄地鐵直流供電系統(tǒng)的測量值，如電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)性能評估。

1.4 連接與通信模塊

連接與通信模塊的主要作用是實現(xiàn)連接與通信，實現(xiàn)地鐵直流供電系統(tǒng)遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸。該模塊包括PC 機以太網(wǎng)連接接口與維護界面，借助PC 機以太網(wǎng)連接接口，將PC 機與以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸，便于相關(guān)維護人員監(jiān)測與維護地鐵直流供電系統(tǒng)。同時，提供對外操作界面，方便相關(guān)管理人員或技術(shù)人員完成參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)設(shè)置與故障診斷，可顯著提高維護效率。

2 檢測平臺的主要功能及實現(xiàn)

2.1 保護跳閘功能與重合閘閉鎖

為保證綜合保護裝置檢測平臺的可靠運行，需要配備可調(diào)電壓源，模擬電壓電流，完成各種保護參數(shù)的校驗與測試。該檢測平臺可自動讀取綜合保護裝置內(nèi)部的保護定值，并利用PC 端SW 軟件連接操作臺，完成數(shù)據(jù)讀取，保護試驗界面包括全部保護目錄，用戶能查看保護裝置設(shè)定好的整定值。同時，該平臺具有自動測試功能，能測試保護裝置的輸入與輸出情況，以保證其各項功能可靠運行。此外，該平臺可以通過參數(shù)組完成下載，以確保綜合保護裝置原有內(nèi)部參數(shù)穩(wěn)定。

重合閘閉鎖是指小車接收到主跳所雙邊聯(lián)跳信號后，線路進行閉鎖重合閘操作，并體現(xiàn)在一次圖上，同時具備復(fù)歸功能。不同情況下符合鄰站小車聯(lián)跳且閉鎖重合閘的條件有很多，如直流開關(guān)柜框架電壓保護動作、直流開關(guān)柜框架電流保護動作、鄰站聯(lián)跳閉鎖框架保護信號持續(xù)時間超過0.5s、斷路器合位下的手車位置變化、直流饋線斷路器故障、211 小車就地緊急分閘手柄操作及手車位置故障等[4]。鄰站的一次圖上沒有復(fù)歸命令，不能操作合閘命令，但上述情況下重合閘操作會被閉鎖，即使沒有復(fù)位也可完成合閘操作。

2.2 模擬故障排除與聯(lián)跳失靈故障

模擬故障排除功能主要針對直流小車本體、柜內(nèi)二次回路及綜合保護裝置完成模擬故障檢測。利用繼電器輔助觸點模擬故障，常開觸點與常閉觸點能通過并聯(lián)或串聯(lián)等方式連接到經(jīng)常出現(xiàn)故障的回路或零件中，從而模擬各種故障現(xiàn)象。例如，測試繼電器故障、合閘繼電器故障、小車位置信號故障及隔離放大器故障等。

聯(lián)跳失靈故障功能主要涉及框架保護聯(lián)跳失靈、本站小車保護聯(lián)至鄰站失靈以及鄰站保護聯(lián)跳至本站小車失靈三種情況。在K21 線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬框架保護動作后本站小車與整流變壓開關(guān)跳閘但鄰站小車不動作的故障現(xiàn)象；在K18 線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬本站小車正常跳閘動作但一次圖中鄰站小車不動作的故障情況；在K101 繼電器線圈中串聯(lián)常閉輔助觸點，模擬鄰站小車動作但本站小車不動作的故障情況。聯(lián)跳失靈故障通過模擬不同聯(lián)跳條件下的故障尋找解決聯(lián)跳失靈的解決方法，以保證系統(tǒng)的可靠運行，并有效提高系統(tǒng)故障排除效率與準確性。

2.3 大電流脫扣測試與直流小車斷路器測試

大電流脫扣測試功能的實現(xiàn)過程如下：

首先，柜體結(jié)構(gòu)需要預(yù)留接口，以方便外接大電流測試設(shè)備，簡化測試過程。

其次，整個測試臺需要達到相應(yīng)的絕緣要求，以保證測試過程的準確性與安全性。

再次，將大電流發(fā)生裝置作為外接裝置，提供測試數(shù)據(jù)，同時使用PRO 錄波功能查看電流采集情況，完成測試數(shù)據(jù)分析。

最后，測試臺需要支持直流小車斷路器測試。

斷路器輔助觸點檢測如圖2 所示。

圖2 斷路器輔助觸點檢測

2.4 合閘回路測試與模塊輸入/輸出節(jié)點測試

合閘回路測試功能實現(xiàn)流程如下：

首先，利用檢測平臺保證合閘操作成功，并清楚地了解合閘失敗的故障部件與原因。

其次，正常合閘操作會通過線路測試判斷是否存在線路短路故障，檢測線路測試是否開始（K0 繼電器的線圈動作情況）及測試信號（-F51.2 的O2.2 輸出量），從而完成線路測試合閘監(jiān)視。

最后，檢測平臺需要監(jiān)視K05 繼電器的全部觸點是否正常動作，以保證K05 繼電器可靠、穩(wěn)定運行，同時監(jiān)測K02 繼電器全部觸點的開斷情況，以保證K02繼電器可靠、穩(wěn)定工作。

合閘回路測試如圖3 所示。

圖3 合閘回路測試

模塊輸入/輸出節(jié)點測試功能的實現(xiàn)主要依賴于檢測平臺對全部節(jié)點（即數(shù)字量輸入/輸出）完成測試。測試過程可以全自動進行，無需人工干預(yù)，能夠針對特定節(jié)點完成功能測試。主要過程為從I0.0～I2.7 到O0.0～O2.3，以保證輸入/輸出節(jié)點的正常動作，同時滿足內(nèi)部PLC 邏輯。

此外，檢測平臺可以監(jiān)控上位機，以更好滿足模擬PSCAD 系統(tǒng)的要求。通過顯示各類事件記錄報警信息、動作畫面等內(nèi)容，提供各類測試設(shè)定功能與測試功能反饋，從而實現(xiàn)對PSCAD 系統(tǒng)的模擬。并且，通過寫入PRO 映像文件保證被測品的功能開啟及參數(shù)設(shè)定與測試系統(tǒng)匹配，不僅可以有效避免人員過多介入，且能顯著提高橫向測試結(jié)果的準確性與一致性。

2.5 可視化一次模擬系統(tǒng)圖與測試界面

一次模擬系統(tǒng)圖的可視化主要涉及以下方面：

第一，基于牽引變電所一次供電系統(tǒng)圖建立系統(tǒng)圖，包括但不限于直流進線柜、整流變開關(guān)柜、負極柜、上網(wǎng)閘刀與直流饋線柜。

第二，在操作臺上裝置一臺模擬饋線柜213，以便于完成遠程操作模擬。

第三，系統(tǒng)圖可以模擬倒閘操作，且具有開關(guān)之間的聯(lián)鎖與閉鎖邏輯，能模擬三位置閘刀的機械保護邏輯。

第四，倒閘誤操作后，一次圖上出現(xiàn)報警提示，211 小車保護動作測試出現(xiàn)故障報警信號。

第五，拓展鄰站一次模擬圖，并模擬框架保護跳閘與鄰站小車保護跳閘后對本站的聯(lián)跳。

測試界面為觸摸屏，也可用鼠標、鍵盤等設(shè)備操作，整個人機交互界面簡潔、易用。通過測試界面，用戶能夠便捷地進入與設(shè)定各項功能菜單，且能隨時控制任一試驗。同時，測試界面具有一鍵測試功能，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯依次完成各類保護跳閘試驗。在每次保護動作后，測試界面能夠顯示本次動作時間與動作值。此外，通過PC 端SW 軟件的錄波數(shù)據(jù)與歷史記錄，用戶能夠輕松瀏覽與查看測試結(jié)果及相關(guān)信息，切實保障地鐵直流供電系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

綜上所述，綜合保護裝置檢測平臺對地鐵直流供電運行維護有重要意義。該檢測平臺可實時監(jiān)測電流與電壓等關(guān)鍵參數(shù)，有助于及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對各種故障與異常情況，有效保障地鐵供電系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行。同時，該平臺具有數(shù)據(jù)記錄與分析功能，能夠為后續(xù)的故障排查與系統(tǒng)性能評估提供重要依據(jù)，通過預(yù)測性維護與故障模式分析，顯著提升維護工作的效果與精確性。未來，需要持續(xù)進行技術(shù)創(chuàng)新與功能升級，以構(gòu)建更自主化、智能化的檢測平臺，該平臺也有望在其他領(lǐng)域供電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，從而為更多行業(yè)提供高效、可靠穩(wěn)定的運行維護支持。