新技术应用与新设备调试

1、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 ?DPU96 PU 中央处理单元 (带有 PROFIBUS)数字式输入24 路输入直流 24V电气隔离是（用于所有数字式输入/

2、输出的一个参考点）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 装置的直流 24V ，最大负荷电流 2.0A电源16 路输出直流 24V电气隔离/输出的一个参考是（用于所有数字式输入点）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

3、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 10V各种不同的测量值接口采用 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10 A（ ? t 100ms ）(直流 24V)电流时间积分12 t 41A 2充电脉冲最大功率消耗1

4、70W （负荷为 2.0A 、24VDC ）符合 IEC 529的保IP 20护尺寸（ B x H x T ）250 x135 x 140 mm重量3.2 kg最小间距顶部20mm底部50mm左侧10mm右侧10mm相对湿度符合 IEC 721-3-3（ 09/95 ）2 级允许的环境温度操作：0 +50 储存，运输：-25 +70 直流高速断路器分流器电流测量区段馈线母线控制面板分压器电缆监视器区段馈线开关模块模块柜联跳功能旁路母线隔离开关联锁与跳闸直流隔离测试电流识别放大器残留电阻检测中央处理仪两组电缆监视模块可选项管理功率及电能计算通信总线 Profibus保护功能集成操作员界面记录断路

5、器负荷及 LC 显示面板记录断路器负荷PC 应用软件指示仪表系统配置（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：I max ( 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

6、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

7、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

8、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

9、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/mV21 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

10、/10V = 100715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/mV152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CB OFF ）。快速测试当馈线接通时，此功能使断路器快速自动重合闸。编名称单类访问简介号位型权限702Fast test-EPEXP测试总是执行或者取决于区段馈线电压703, P704703Fast test:VEPEXP区段馈线电压

11、低限Umin704Fast test:sEPEXP必须超过的区段馈线电压低限规定持续时间delay702 Fast test （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 Fast test: Umin（快速区段馈线所测电压值（此信息用于许多功能）测试： Umin ）设置参数， AP ：专家，分辨率： 1V，缺省值： 500V704 Fast test: delay（快检测区段电压时，必须超过电压低限Umin 所需时间。速测试：延时）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

12、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 I 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 I 故障时，分流器 R1（如图4）得到故障信号。送到电压变送

13、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 I 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， I 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

14、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

15、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 .I 电流增量保护（以下简称I ）与整定在 di/dt 保护启动的同时I 保护也启动进入保护延时阶段，从I 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I 保护的延时整定值后，电流增量达到I 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I 保护针对几

16、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I 整定值，但延时时间不足。电流（ 2）： 保护动作，电流增量超过I 整定值，延时时间满足。电流（ 3）： 保护动作，电流增量超过I 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 I 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