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摘要：介绍广州地铁二十一号线白云BNDC直流开关的结构特点,阐述了运行原理,举例分析相关故障,并提出对应措施.以确保地铁供电系统的正常稳定运行。
关键词：直流系统；NDC断路器
1前言
21号线1500V开关柜采用的是白云公司生产的产品，大部分主体由英国霍克西利公司生产的LIGHTING柜构成，霍克西利开关的Lighting开关被设计用于额定系统电压最高到1800V的直流系统，断路器采用霍克西利公司的NDC4型断路器。本文重点对断路器的运行原理、结构等方面进行介绍，同时对相关设备的典型故障进行分析，提出整改方案，确保地铁供电系统的正常稳定运行。
2 NDC断路器结构及运行原理
直流开关设备由固定的柜体和可移开部件成，柜体为优质冷轧钢板、经数控加工，折弯进行铆接而成，结构上分各种功能小室。功能小室通常有直流断路器室、保护控制室、主母线室、排气或通风室、通风腔附室、线路测试设备隔间和电缆连接室等多个部分。其主要用于直流牵引供电系统，作为直流电能分配，实现对馈线，接触网或接触轨等设备的测控、保护和上位监控设备的总线通信。直流开关设备除了带有完成当地控制测量、保护功能所必须的元器件外，还配置通信模块实现远方监控用的转换开关及数据传送。
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（1）断路器室
断路器小室包含了满足NDC断路器安全操作所需的支撑导轨、联锁和相关的电气连接。一套设计完美的联锁方案，可根据断路器的不同位置，严格限制其使用功能，完全杜绝了断路器非安全的操作。
（2）排风小室
断路器小室内配有完全绝缘的通风通道，该通道能让电离的气体和灭弧分解物等预先膨胀和冷却，然后通过断路器小室后部的排放口释放。断路器小室内的通风通道可以使上述排放物安全消散，确保设备操作人员的安全。
（3）二次控制室
控制和保护室包含了所有与直流配电盘柜体相关的控制和保护设备。保护方案可以根据客户不同的要求设计来制定。可选用FKI公司设计的保护装置，也可选用其他制造商的保护装置。保护功能包括电流上升率保护、过流保护、在线自检和重合闸功能、双边联跳和轨道保护跳闸功能。FKI公司的标准控制和保护方案中，系统电压线与控制和保护小室完全隔离，从而提升了安全性。
（4）母线室
母线室将母线、母线连接头和支撑绝缘支架完全封闭。母线室与其它室完全隔离，通过移开独立的可拆卸的盖板才能进入母线室。
（5）电缆室
电缆室将馈线电缆、电缆连接、支撑绝缘支架和分流器完全封闭。电缆室与其它各室是完全隔离的。
（6）线路测试室
当保护继电器需要线路测试设施时，会在电流断路器室顶部安装额外的隔间。隔间包括线路测试电阻器和与其相关的控制触头。
线路测试系统（EDL）用于馈电断路器。每个馈线柜中都有线路检测装置，在合闸前，对线路段进行测试，以防止断路器与其近端短路故障点连通，在开关柜主母线和接触线之间加电阻和接触器，通过测量馈电与回流网之间的电压以及回路电阻，确定是否可以合闸。如果测得的电压值低于预定值，则表明线路过载，不能合闸。
（7）变送器室
HSS传感器系统由发送器、光纤、接收器组成。发送器将采集到的一次电流和电压模拟量转换成数字量信号；通过光纤电缆发送混合的数字信号到接收器；这个数字信号中还包含了分流器故障报警的状态。
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3典型故障及分析
21号线开通以来，出现多次因BNDC断路器相关设备故障引起开关跳闸，影响牵引供电的情况。技术人员对故障进行了整理分析，发现故障点主要集中在保护装置、HSS变送器、联跳继电器和CBCM模块部分。
MS保护装置故障
事件概况：XX站大电流脱扣信号故障，导致开关跳闸
故障原因：经检查原因为保护装置内部I/O扩展板与底座连接数据线接触不良导致误收大电流脱扣信号，开关保护动作。
后续措施:经与厂家技术人员对保护装置程序进行研究分析，对比故障信号持续时间不超10ms，在大电流脱扣信号的编程开入增加30ms延时以消除抖动，保证信号准确性,且能有效消除大电流脱扣信号误动作的问题。
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①HSS 变送器故障
事件概况：XX站212开关di/dt保护跳闸，联跳邻所213开关，跳闸5s后两个开关均重合闸成功。
检查情况：一次设备及区间设备检查无异常，根据212开关录波情况，电流1ms内从2000A下降至-500A，又在2ms内恢复原来的电流值，电流故障曲线持续时间不超6ms。
故障原因：211开关二次设备HSS变送器故障导致电流突变，引起赤草站211开关跳闸，联跳邻所213开关。后续更换HSS变送器后恢复正常。
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②联跳继电器故障
事件概况：XX站107开关跳闸，同时主控频繁出现“DC1500V进线柜逆流保护联跳”故障信息。
检查情况：107开关保护装置多次收到202逆流保护跳闸，且信号频繁触发和自动恢复，但是202开关装置无发此信号，202开关运行正常。拔出202进线开关联跳发送继电器后信号消失，判断继电器故障，更换继电器后试送电成功。
故障原因：202开关逆流保护联跳发送继电器继电器管脚绝缘下降，常开触点导通从而发送逆流联跳信号至107开关保护装置，导致107开关跳闸。后续经过进一步检查，发现全线多个联跳继电器存在常开针脚间绝缘不足的情况，对全线联跳进行了更换处理。
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③CBCM模块故障
事件概况：电调XX站报长平站控制信号盘1500V保护装置故障。
检查情况：214直流小车柜CBCM装置指示灯全部不亮。检查电源侧MCB输出正常。
故障原因：经进一步检查，判断故障原因为CBCM装置烧坏。更换备件后，设备恢复正常。
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。针对白云NDC断路器的后续研究我认为可从两个方面进行：①对HSS变送器、CBCM等相关元器件的原理和结构进行进一步研究，测试变送器和CBCM在各类工况下的稳定性和可靠性。②对MS保护装置内部程序进行研究和优化，提高保护装置相关设备的可靠性。
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.