【摘  要】 通过深圳地铁龙岗线直流牵引系统 ROR 延时保护故障，分析了 ADTRANS 公司的 DCP106保护装置电流上升率延时保护原理及动作过程，并与 SIEMENS 公司的 DPU96 同类型保护作出比较，对于保护系统在日后设备选型及定值整定方面有一定参考价值。

【关键词】 直流牵引系统; 保护装置; 上升率

 

      由于城市轨道交通中列车运行的密度大，在一个供电区内往往会有几辆列车同时启动，此时流经馈线断路器的负荷电流很大，如果采用普通的过电流保护，往往会造成保护误动，影响列车正常运行。因此，现代地铁直流供电系统普遍采用电流上升率保护( di/dt) 及电流增量保护( ΔI) ，DCP106中称为 ROR 保护，来解决这一问题。列车正常的启动电流与故障短路电流在电流变化量上有明显的区别，故障电流的上升率一般可达到多列列车启动电流的几十倍甚至上百倍。ROR 保护就是根据故障电流和正常工作电流在变化率这一特征上的不同来实现保护功能的。

 

      关于 ROR 延时通道动作的逻辑算法，各厂家不尽相同。目前市面上的教材书籍基本上都是基于西门子 DPU96 装置保护特性而讨论，这并非 ROR 保护的唯一保护逻辑，其原理并不适合龙岗线 DCP106 的保护装置，故往往给我们造成混淆，未能准确理解保护原理。

      在 DPU96 中，di/dt 和 ΔI 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。两种保护的动作过程如下。

      跳闸曲线如图 1 所示。

      需要整定的参数为: ΔI trip、ΔI delay、ΔI di/dt、ΔI di/dt durat。跳闸逻辑如下:

      ( 1) 当 di/dt 大于 ΔI di/dt 设定值，保护起动，并以该点为基点，开始延时段 ΔI delay 的计时以及 di/dt 和 ΔI 的检测计算。

      如经 ΔI delay 结束后，ΔI 大于 ΔI trip，则 ΔI 保护动作，出口跳闸，如图1 中曲线2。如经 ΔI delay 结束后，ΔI 还没有达到 ΔI trip，而且 di/dt 没有返回，则保护继续 ΔI 的检测计算，直到 ΔI 达到 ΔI trip，出口跳闸，如图 1 中曲线 3。

       ( 2) 如在 ΔI 的检测过程中，di/dt 低于整定值 ΔI di/dt的持续时间超过 ΔI di/dt durat，则 ΔI 检测停止，保护返回。di / dt 将开始新的检测，当前电流值被设为 ΔI 监视的基值，如图 1 中曲线 4。

      需要整定的参数为: di/dt trip 和 di/dt duration。

      di / dt 保护的 di / dt trip 与 ΔI di / dt 是独立整定的。如di / dt 超 过 di / dt trip的持续时间超过整定时段 di / dtduration，保护即动作，出口跳闸。动作原理如图 2 所示。

      上升率保护是通过限制与上升( di/dt) 有关的和与变化( ΔI) 有关的电流来保护馈电线路段，两者是合二为一的。

      在这种情况下，上升率保护充分利用线路段的物理性能。稳态短路电流和时间常数的大小与短路环线长度的变化有关。也就是说，短路环线( 远端短路点) 越长，稳态短路电流越小，时间常数越大。

      从线路段的这种特性曲线来看，合成短路电流有一个与电流上升( di/dt) 和电流变化( ΔI) 有关的特定范围。

      上升率保护中，DEL 通道用于检测发生变电所远端的各种短路。

      当被测电流的电流上升率超过设置 di/dt－del 设置点时，会启动 DEL 通道的上升率保护。保护启动瞬间时的实际电流可作为以后检测合成电流变化( ΔI) 的基值。

      在电流上升率下降或下跌后以及在增加延迟时间 t－del后，如果被测电流变化( ΔI) 超过 dl－del 设置点，则生成一条激活脱扣逻辑的脱扣命令。

      从图 4 可以看出，在 t－del 时间段，可以抑制意外脱扣，特别是对电流到达峰值( 例如线路段隔离开关两端) 之后趋于下降的电流曲线来说更是如此。

 

      在 2011 年 8 月 28 日，龙岗线荷坳站 213 直流断路器发生了一次 ROR 延时通道保护。由于 ROR 延时通道保护发生的几率很小，我们第一次成功录得了故障波形。分析如下见图 5、图 6。

      当被测电流的电流上升率超过设置 di/dt－del 设置点时，会启动 DEL 通道的上升率保护。保护启动瞬间时的实际电流可作为以后检测合成电流变化( ΔI) 的基值。

      ( 1) 上图红线是电流上升率超过设置 di/dt－del 设置点( 设计整定值为 25 A/ms) 的初始时间，此时: t₁= － 88. 000ms，I₁= 923 A，di / dt = 42 A / ms。

      在电流上升率下降或下跌后以及在增加延迟时间 t－del后，如果被测电流变化( ΔI) 超过 dl－del 设置点，则生成一条激活脱扣逻辑的脱扣命令。

      ( 2) 上图蓝线是电流上升率下降或下跌后( di/dt=14 A/ ms 小于设计整定值为 25 A / ms) 的初始时间，此时: t₁= －49. 500 ms，I₁= 3 046 A，di / dt = 14 A / ms，开始进入延时计时。

      ( 3) 在达到设定延迟时间 t－del = 50 ms 后，t₃= 0. 000ms，I₃= 3 457 A，ΔI = I₃－I₁= 2 534 A，超过 dl －del 设置点 2000 A，则生成一条 dl－del 激活脱扣逻辑的脱扣命令，命令维持 23. 500 ms。

 

      通过以上分析，我们可得以下结论: 在 DCP106 中，di/dt+ΔI 是联合起来的一个保护，di / dt 上升决定了保护的启动，此时的电流值为 ΔI 的基值，当 di/dt 开始下降到定值以下时，便启动了 t－del 的延时计时，在到达延时值 50 ms 时，检测此时的电流并与基值相减得出 ΔI，若 ΔI 达到定值( 2 000A) 以上，就发出一条脱扣保护命令。

      进一步讨论电流定向脱扣: 对于有选择性地检测故障电流，特别是在检测线路接点的故障电流，或者在使用再生电能机车( 再生制动机车) 过程中检测故障电流，上升率保护的特性曲线就具有一种与方向有关的脱扣特性。

 

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