摘要：随着我国社会和经济的发展，地铁建设也迎来了高潮期。在很多城市中，地铁已经成了人们出行的主要交通方式之一。本文作者深入分析处理长沙地铁1号线DC1500V开关柜赛雪龙SEPCOS-II保护装置误动作故障。
关键词：长沙地铁1号线；DC1500V开关柜；赛雪龙SEPCOS-II保护装置
1、工程概况
长沙市轨道交通1号线一期工程范围为汽车北站至尚双塘站，线路全长约23.627km。全线共设20座车站，采用DC1500V接触网供电。DC1500V供电设备采用大全赛雪龙MB05型开关柜，馈线柜配套保护装置为SECHERON赛雪龙SEPCOS-II型保护装置。
1.1故障情况
2017年1月28日，北辰三角洲214保护装置误动作，现场重启断路器保护装置后运行正常，采用专业试验设备仪器对保护装置进行检查、测试及功能校验，发现一切数据恢复正常。
1.2原因分析
经过分析发现一次回路在事故跳闸时并未出现此类电流、电压波形，保护装置波形及保护动作逻辑与现场实际不符，故可以将故障范围定位在1500V装置本体设备原因。随后要求厂家对问题进行分析，厂家瑞士赛雪龙技术工程师分析后，认为原因是外部干扰导致ADC模板采样偶发故障，加一个补丁即可。在2018年1月份长沙地铁1号线全线完成了补丁升级。
.png)
（故障发生前约200 ms，相关模拟量采样数据突然开始波动，特别体现在馈线电流和母线电压数据上）
图1 异常模拟量信号的波形
但是升级补丁完成后，从2018年3月到2018年11月30日1号线又发生类似故障共7次。通过对设备最基础的硬件软件进行分析研究，并与瑞士赛雪龙专家多次深入探讨交流，推测原因为装置CPU时序故障。因为
SEPCOS-II装置中CPU数据采样是多任务单线程运行机制，不同任务占用线程时间是预先设定好的，同时不同任务之间没有优先级之分。CPU中持续运行的INT2和INT3两个时序任务,其中INT2任务以50kHZ的频率读取ADC模块采集的数据；INT3任务以5kHZ的频率计算、处理数据，并且按照数据处理结果启动相应的逻辑保护功能。当CPU内部元器件由于环境变化、长时间运行老化等因素造成INT2和INT3两个时序出现1-10us的误差时，就会造成ADC模块在向CPU传送数据任务没有完成的情况下，被强行中断，进而使ADC模块采样得到的数据在CPU中未能真实体现，周而复此，导致CPU收到的外部数据混乱。为验证推测是否正确，我们打开保护装置内部基础电子线路板，利用高精度多线示波器对保护装置系统中的INT2和INT3进行录波，经过1个月左右的录波，捕捉到了同类故障跳闸的录波图形，如下左图。
.png)
跳闸时INT2和INT3两个时序的波形图
修改软件后INT2和INT3两个时序的波形图
1.3采取措施和防范方案
通过升级保护装置程序，对任务定时器的中断请求的管理做出了优化，使“INT2”数据采样任务拥有了最高的优先级，可以保证每20us采集到模拟量值的正确性，如果“INT2”处理过程中收到来自“INT3”的中断请求，则必须等到“INT2”处理完毕后，才会执行“INT3”的请求，如上图右。
为保证接触网供电可靠性，我们采取了“隔站升级”的方案开展整改工作，经观察确认后，再进行剩下保护装置的升级。该故障整改已于2018年10月初程序升级全部完成，截止现在设备运行正常，再未发生过类似事故故障。
2、牵引供电系统保护配置及其原理
地铁1号线采用DC1500V架空刚性接触网供电、走行轨回流。在本文中主要是针对直流系统发生各类短路故障，介绍直流开关柜的保护动作原理。
2.1 大电流脱扣保护
大电流脱扣保护为开关的本体保护，整定的依据主要是短路电流值，主要是为了切断大的短路电流而做出的保护措施。当故障电流超过整定值时，相应的断路器立即跳闸。
2.2 DDL保护
DDL保护主要用于电阻型或者远距离故障的检测，通过分析馈线电流增量及时间来判断故障。当电流变化率大于设定值E时保护启动，当电流变化率小于设定值F时保护停止。DDL保护分为DDL+△I保护和DDL+△T保护。
2.2.1 DDL+△I保护
当测量到的电流增量大于设定的增量值的时间大于设定的时间参数时，此保护动作出口。如果在保护动作出口前监测到电流变化率小于保护返回值时，则保护复归。
2.2.2 DDL+△T保护
当保护启动后的电流增量在设定的时间常数内仍没有达到DDL+△I保护的电流增量设定值，但此时的电流增量值大于设定的最小增量值，则此保护动作出口。如果在保护动作出口前监测到电流变化率小于保护返回值时，则保护复归。
2.3 电流定时限保护Imax+，Imax++
该保护为大电流脱扣保护的后备保护，主要通过分析馈线电流大小与时间常数的配合识别故障。保护装置不断监测馈线的电流。如果馈线的电流值大于该保护的定值，并且在设定的时间内一直比设定值大，则保护动作出口，如果电流值在设定的时间内小于设定值则保护返回。
2.4 热过负荷保护
该保护主要用于接触轨或接触网的热过负荷保护。通过采用保护装置监测的馈线电流和设备的时间常数计算热量。装置中设定的θ的初始化值为：θt0=98%的报警门限。当馈线开关承受大的电流，并且经过一定时间后，θt值达到报警门限，装置会发出报警信号。如果负荷继续增加，当θt≥101%时，装置发出跳闸信号使馈线开关跳闸。
2.5 双边联跳功能
双边联跳功能主要是针对同一供电区段。如果没有设置联跳，当接触网回路发生故障时，近端开关继电保护动作跳闸，而远端开关仍然向故障点送电，这会对故障点再次冲击。当处于中间的变电所退出运行时，合越区隔离开关进行越区供电时，其相邻的两个变电所馈线断路器可以进行联跳信号转换。联跳转换只与本所馈线柜间接线有关，不需要任何外界连线，可自动转换。
2.6 逆流保护
在多台整流機组并列运行的供电系统中，如果某台整流装置内部出现短路故障时，往往会造成直流母线向该故障点回馈电流，即形成逆流。逆向电流对设备及人员造成严重损害，使故障扩大，甚至爆炸，造成巨大的经济损失。在直流进线开关处设置逆流保护，当通过直流进线开关的逆向电流达到设定值时，逆流保护启动，直流进线开关跳闸，同时联跳整流机组的进线开关，使该整流机组退出运行。
2.7 框架保护
直流框架保护是地铁供电系统中特有的保护。由于直流带电设备对直流柜体发生泄露或绝缘损坏闪络时，原有的直流保护起不到应有作用，所以为保护直流设备的安全，及时切除直流设备内各种短路故障，设置了直流框架保护。一旦发生直流开关带电设备对柜体发生泄露或绝缘损坏时，会使框架保护动作，将造成地铁牵引供电系统大范围的停电。
参考文献：?
[1]张运运.地铁牵引供电系统直流馈线保护[J].城市建设理论研究（电子版），2018（04）：20-21.?
[2]崔天翔.DC1.5kV地铁牵引供电系统馈线保护研究[J].电气化铁道，2017（02）：55-58.?
[3]李菲.浅析地铁直流牵引供电系统馈线保护[J].通讯世界，2016（09）：207-208.?