地铁牵引变电所一起直流系统接地故障的处理

1、地铁牵引变电所一起直流系统接地故障的 处理赵垒(西安地下铁道有限责任公司，运营分公司，西安710016)摘要:本文介绍了地铁车辆段发生的一起变电所直流系统接地故障的分析及处理过程，首先对西安地铁变电所直流系统的直流绝缘监测装置的原 理进行了详细的阐述，并分析了绝缘监测装置在预警和处理直流系统线路 绝缘故障时的重要作用，最后提出了针对车辆段在户外敷设二次直流电缆 的建议。关键词：直流系统，接地故障，绝缘，监测A TREATMENT OF METRO TRACTIONSUBSTATION DC SY STEM GROUNDING FAULTLei Zhao(Xi ' an MetdCo.

2、Ltd,Operation Branch. Xi ' a710016)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 monitori

3、ng equipment of Xi'an subway substation were expounded and an alyzed in detail. Fin ally,the modificati on program for laid outdoors sec on dary DC cable in Metro Depot was proposed .Keywords :DC system,Earth fault,Insulation, Monitor0引言西安地铁二号线一期共设有18各变电所及2个主变电站，每个变电所均设 有一套（主站为两套） 变电所直流系统。 变电所直流

4、系统主要用于所内设备的二 次部分用电，包括：继电保护装置、信号装置、自动装置、开关控制操作装置等 的用电，是地铁变电所重要的组成部分， 直流系统的安全可靠性直接影响着地铁 变电所的安全运行，关系到牵引供电的可靠供给。地铁变电所直流系统比较复杂，支路较多，且与所内的35kV开关柜、1500V 直流牵引系统、0.4kV开关柜等设备二次保护、控制等部分均有连接，因此发生 接地故障机会较多。 当发生一点接地故障时， 由于没有短路电流流过， 熔断器不 会熔断，所以仍能继续运行， 但是这种接地故障必须及早发现， 否则当发生另一 点接地故障时， 不但有可能引起信号回路、 控制回路、继电保护等的不正确动作，

5、还回造成1500V直流开关柜合闸线圈失电，造成牵引系统馈线开关全部跳闸，威 胁地铁牵引供电系统的安全。1 故障的发生过程2012年 6月 29日，西安地铁二号线渭河车辆段牵引混合变电所，交直流盘 绝缘检测装置突发报警，报警显示110V直流系统正接地，根据绝缘监测装置所 检测支路的绝缘情况对照110V直流系统接线图纸分析，可知为直流盘馈电屏馈 出至车辆段内 2141 和 2121 上网隔离开关电机回路的支路。 经过对故障支路的线 路进行绝缘测试发现该支路正极线对地绝缘为 0 （采用500V兆欧表测量）。在对该支路电缆内其他线路进行测量， 绝缘均良好， 为及时排除故障， 恢复 设备，保证车辆段内电

6、客车的牵引用电安全， 经对故障分析后决定， 采用该馈出 支路的备用电缆芯替换故障的正极接线。 完成替换接线后， 绝缘监测装置未在监 测到线路接地情况，恢复了设备的安全供电。2 绝缘监测装置的原理西安地铁的变电所直流系统的绝缘监测装置采用珠海泰坦生产的 GMCU-C 直流绝缘监测单元，其特点具有： 采用直流漏电流检测原理、霍耳传感器，无需在直流母线或支路上打入 任何检测信号，不受系统接地电容影响。 传感器采用磁调制比例检测技术，内置温度补偿电路，输出精度=± 1%， 线性度w± 1%，温漂小，1mv厂C,工作环境温度-10 C+70 C。每个传感器均安装有静电屏蔽网，具有良好

7、的抗电磁干扰性能。可准确检测多馈线支路同时或不同时接地情况。监测单元通过内部RS485 口通信接口与微机集中监控装置通信图1 GMCU-C直流绝缘监测单元及霍耳传感器西安地铁二号线所用的GMCU-C型直流屏绝缘监测装置的原理是利用高灵 敏度的霍尔电流传感器，检测各支路导线正负极的流入与流出电流的差值，来判断该支路负载的绝缘装况。具体原理如下图所示：图2绝缘检测装置原理示意图如图2所示，绝缘检测装置中霍尔电流传感器不断监测直流系统中的各条支 路。从电源正极母排 KM+流出的电流1 +，流经全部支路负载后，返回电流负极 母排KM 的支路电流为I-。当该该支路绝缘良好，没有漏电流时，流经霍尔传感器的

8、电流大小相等，方 向相反，1+和I-所产生的磁场相抵消，霍尔传感器监测不到磁场存在，输出为零。则有：I+ 1-=0而当该支路有绝缘状态较差或存在接地情况时可有：直流系统正负极对地的平衡电阻为：Ro存在绝缘故障支路的对地绝缘电阻为：Rr故障支路的泄露电流为：Ir如果接地为正极线路接地则有：I+ 1-= Ir如果接地为负极线路接地则有：I+ I-= Ir因此可以根据霍尔电流元件所感应电流的方向，判断支路接地性质为正极接 地或负极接地。假设发生某一支路正极对地接地故障，此时根据图2可得到如图3所示的正 极馈线接地等效电路图，其中 U为直流母线电压，可通过直流系统测量得到 li、 I2均为流经直流系统

9、平衡电阻的电流。图3正极馈线接地等效电路图根据基尔霍夫定律及欧姆定律可有:(1)Rr Ir = RoIlI2 = Il+ Ir(2)I2 Ro + Rr Ir =U（ 3）解方程（1）、（2）、（3）可得:1 URr = 2 （ j7 Ro）同理也可求得各支路发生负接地时的接地电阻值。3故障的原因分析及处理通过观察绝缘监测装置对各直流馈线的绝缘监测报警信息，找到发生绝缘故 障的馈线支路，对故障支路的电缆拆除后分别测量正负极绝缘电阻，发现其正极 接线与地的绝缘电阻值为0（采用500V兆欧表）。同时在对电缆的路径检查发现 该电缆在馈至隔离开关端约十几米长采用直埋法敷设于土壤中，且当日有下雨， 地面

10、积水较多，因此可判断该二次直流控制电缆在施工过程中受到损伤，但未明显暴露，由于故障发生时的雨水较多，雨水由电缆损伤处渗进电缆内部， 造成电 缆正极线缆对地绝缘故障。为及时恢复车辆段变电所上网隔离开关的电机回路供电，保证车辆段内牵引供电的可靠稳定，当即检修人员及时对直流盘馈至 2141和2121上网隔离开关的 备用电缆进行检查，在确认电缆绝缘良好后，对发生绝缘故障的正极电缆进行了 更换。4结语针对车辆段部分二次直流电缆需敷设于户外， 为保障二次电缆绝缘的可靠性 建议采用电缆沟道敷设法，尽量避免采用土壤直埋法；在选用二次控制电缆时应 选用带有铠装的电缆，防止起在施工或使用过程中受外界损伤。变电所直流系统接地故障直接威胁所内高压设备、牵引供电系统的安全，因此选用可靠、精准的直流绝缘监测装置，可以在直流系统绝缘因故障降低时及时 帮助检修人员发现绝缘故障，并判断出故障支路。但由于变电所二次直流系统接 线较多，系统庞杂，即使判断出绝缘故障支路，对支路较多的直流系统查找其故 障点仍然较为困难，因此绝缘监测装置可在判断绝缘故障支路的基础