白云BNDC型直流开关双边联跳回路原理分析及优化研究

白云BNDC型直流开关双边联跳回路原理分析及优化研究

邝志辉 ,刘昼

广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东广州 510000

摘  要：对广州地铁二十一号线BNDC型直流断路器双边联跳逻辑进行研究,发现存在的缺陷,并提出优化措施，提高设备可靠性和稳定性，以确保地铁供电系统的正常稳定运行。

关键词：DC1500V系统；双边联跳逻辑；二次设备故障

1前言

广州地铁二十一号线DC1500V系统设备厂家为广州白云电器股份有限公司。其中DC1500V断路器为BNDC型断路器。馈线直流断路器设置有双边联跳功能，当区间设备发生短路时，开关保护跳闸后会发送联跳信号给对所同一供电臂开关，切除故障供电区供电，防止故障扩大。该设计的目的是为了缩小故障范围，但在实际使用时，运营人员发现该断路器在发生二次元器件故障时，可能造成供电分区失电。

BNDC型断路器本体二次元器件发生故障时，可能误发送故障信号和联跳信号，造成本所和对所开关跳闸，若二次设备故障信号持续存在，保护装置将持续发送联跳信号至对所直流馈线开关，导致对所直流馈线开关无法重合闸，造成供电区失压，影响列车供电。

2 BNDC型断路器双边联跳原理及缺陷

（1）双边联跳原理

直流双边联跳保护既是地铁直流牵引供电系统中的重要保护类型之一，又作为其它保护的后备，可以有效防止在越区供电时可能产生的保护死区。双边联跳保护是一种本站断路器跳闸后，通过联跳线缆发送故障信号使临站断路器跳闸的方式。对于采用双边供电方式的牵引供电系统，是广泛使用的一种跳闸方式。

当接触网发生故障时，由于采用双边供电方式，总是可以看成一侧为近距离故障，另一侧为远距离故障，应该是近故障点的变电所先跳闸。如图1，A站的213断路器和B站的211断路器向同一供电区的接触网供电，当靠近A站的D点接触网发生短路故障时，由于故障电流大小不一样（A站故障电流大于B站故障电流），由短路故障电流较大的A站发出跳闸命令，跳开本站213断路器，同时发出联跳命令，向B站发出联跳信号，B站收到联跳信号后，跳开本所的211断路器，确保迅速切除供电区的故障点。由于采用了双边联跳保护，只要两个变电所中有一个能检测出故障电流并正确跳闸，另一个也会被联跳，因而提高了保护的可靠性。

图1 双边联跳保护原理

①馈线开关保护动作联跳

以白云电器厂家的馈线开关BNDC型断路器为例，馈线断路器在保护出口时（如延时过流、瞬时过流、di/dt、△I、大电流脱扣保护等）都会通过断路器联跳发送端口发联跳信号至端子柜，致使断路器联跳发送中继动作，联跳邻所开关，联跳信号持续2S，不闭锁开关重合闸，如图2 所示。

图2 馈线断路器保护动作联跳逻辑图

②电流型框架保护动作联跳

负极柜电流型框架保护动作通过DCR150继保的OUT1联跳发送端口发联跳信号至联跳发送中继动作，联跳邻所开关,联跳信号持续4.5S，闭锁重合闸，如图3所示。

图3 框架保护动作联跳逻辑图

（2）存在的缺陷

由BNDC断路器保护动作联跳逻辑可以看出，联跳逻辑并无判断开关的分合位置的逻辑条件，这就存在缺陷：若本站断路器因二次设备（如保护装置）故障造成跳闸，断路器将持续发送联跳信号到对所，这将导致同一个供电臂两端断路器都无法重合闸，造成整个供电分区失电，扩大了故障范围，影响电客车正常运行，如图4所示。

图4 馈线断路器跳闸图

3 BNDC断路器双边联跳原理优化方案

（1）优化方案

经运营技术人员研究和实践，提出对馈线断路器联跳回路逻辑进行优化的方案：在联跳回增加开关合位判断逻辑，保证开关在合位再发送联跳信号，故障跳开后不再发送联跳信号，见图5。

图5 联跳逻辑优化图

①新增Gate24为0.D2（合闸信号），增加合闸信号延时100ms消失的信号，见图6；

图6 Gate24逻辑点位图

②Gate8关联的信号由Gate5改为Gate5与0.D2作“与”，并增加2S延时，见图7。

图7 Gate8逻辑点位图

（2）优化对大电流脱扣保护的适配性研究

此优化方案针对的是逻辑回路，因此存在一个问题：大电流脱扣直接作用于本体将开关分闸，是否会出现保护装置接收到开关分位信号从而不发送联跳信号的情况？

经运营技术人员现场测试，如波形图8所示，开关动作时，保护逻辑的判断时间将快于大电流脱扣的动作时间。因此，无论本体大电流脱扣是否动作，均不影响双边联跳逻辑优化功能的实现。

图8 开关跳闸波形

综上所述，此种优化逻辑方案仅通过修改逻辑程序，就能达到解决直流馈线开关持续性的元器件故障引发的供电区域失电问题，无需对设备元器件和接线进行改动，设备安全风险较小。但是，对于间歇性的元器件的故障（比如故障发生又瞬间恢复，自动重合闸后元器件又出现故障的情况），此种优化方式就无法覆盖。

4 总结

DC1500V直流断路器是牵引供电系统中非常重要的一个环节，确保相关设备的稳定运行是维保人员的一项非常重要的工作。对直流开关相关设备的运行状况，故障情况进行进一步研究和分析是一项持续工作。此次通过对BNDC断路器逻辑回路进行优化改造研究，达到了预期的目标。

首先，提高了设备可靠性，在不影响设计功能要求的前提下对DC1500V馈线开关双边联跳进行优化升级，避免因二次元器件故障持续存在导致本所和对所直流馈线开关均无法重合闸，造成供电区失压，影响列车供电。确保了应急情况下的快速恢复，提高1500V供电设备的可靠性和稳定性。

其次，此次改造研究具备较大的推广价值，经与BNDC断路器生产厂家广州白云电器讨论，后续其生产的BNDC断路器的联调回路逻辑均将采用此方案。

参考文献

1.《城市轨道交通供电系统》，GB/T 10411-2005

2.《地铁设计规范》，GB50157-2013