宋建峰

0 引言

城市轨道交通直流牵引供电系统采用的数字化继电保护装置大多是国外产品，由于国内缺少相应的专用检测仪器，对该类保护装置的特性试验，目前仍采用直流（mV 级）电压测量方法，只能做功能性检查及刻度校验；然而作为直流保护的重要参数，如电流上升率di/dt、电流增量ΔI、延时时间、持续时间等基本上没有手段进行定量检测，这也正是本文探讨的问题。

1 直流保护检测设备的功能

一种新型的直流继电保护测试仪可满足电流速断、过电流、电流上升率、电流增量、延时时间、持续时间等保护参数的测试要求，并能提供低失真、高带宽、mV～V 级可编辑的、任意定值参数的设定与输出。

测试结果各项参数直接读取，其中时间数据细分2 项显示：①净动作信号时间。通过施加故障信号使保护装置动作，即不含开出继电器延时的净时间。②保护出口时间。自施加故障信号到保护出口继电器开出的全部时间。

2 直流保护的检验实践

2.1 过电流保护Imax

检测当前电流的最大电流值Imax，如果电流超出限值，经过延时后，启动继电器输出元件跳闸。

定值测试方法：首先根据定值，在仪器主界面设定过流限值，且延时足够大，满足保护装置动作时限要求。调整输出电流，使其由小变大直至保护装置动作。

延时时间测试方法：在1.2 倍整定值下，测试装置动作时间，实测数据见表1 和表2。

2.2 电流上升率保护di/dt

如果电流上升率超过设定值及完成延时，则继电器输出启动跳闸。

定值测试方法：首先根据定值，在仪器主界面设定电流上升率限值，且延时足够大，满足保护动作时限要求。调整电流上升率，使其由小变大直至保护装置动作。

延时时间测试方法：首先设定延时时间，然后在1.2 倍电流上升率定值整定下，测试装置动作时间。实测数据见表3 和表4。

表1 过电流Imax 测试结果表

表2 过电流延时时间测试结果表

表3 电流上升率定值di/dt 测试结果表

表4 电流上升率延时时间测试结果表

2.3 电流增量保护ΔI

ΔI 电流增量保护测量电流增量，如果当前测量电流与基准电流差值超过跳闸整定限值且完成延时，而这段时间又没有超过ΔI：di/dt 返回延时，则继电器输出启动跳闸。

电流上升率di/dt 启动ΔI 保护装置测试方法同di/dt 项。

ΔI 定值测试方法：首先根据定值，在仪器主界面编辑电流增量限值，且满足di/dt = 0（此时ΔI保护装置被di/dt 启动）、延时足够大、持续时间小于定值的保护动作条件，由小变大ΔI 直至保护装置动作。

延时时间测试方法：首先在1.2 倍电流增量定值整定下，且满足di/dt = 0、di/dt 持续时间小于定值的保护装置动作条件，由小变大延时时间直至保护装置动作。

持续时间测试方法：首先在1.2 倍电流增量定值整定下，延时足够大、且满足持续时间内di/dt＜定值的保护装置动作条件，调整持续时间，使其由小变大，直至保护装置不动作。

以上各参数实测数据见表5—表7。

表5 电流增量定值ΔI 测试结果表

表6 电流增量延时时间测试结果表

表7 di/dt 持续时间测试结果表

3 测试数据的分析

从表8 统计结果可以看出：所检测3 组不同厂商的保护装置，其参数的偏移量较大，其中A 组过电流Imax小延时偏移为49.5%；B 组di/dt 持续时间小延时偏移为45%，虽然绝对延时偏移小于1 ms，但相对偏移因基数较小而显得很大。

表8 各次测试结果统计表

如上可认为，应用直流继电保护测试仪是鉴别保护装置性能优劣的有力技术手段，对于城市轨道交通直流牵引供电系统事故的分析、确认和预防有着非常积极的作用。

4 定量试验的重要性与指导作用

国内早期投入运营的广州地铁一号线，随着使用时间的推移，部分保护设备整定参数已经发生了明显的变化，表9 和表10 是实际测试数据。

表9 故障保护板电流上升率di/dt 测试结果表

表10 故障保护板电流上升率延时时间测试结果表

分析表9 数据：A 样品电流上升率di/dt 偏移误差达到-14.0%，而B 样品更是达到-29.4%的程度，其共同的特点是实际较小的电流增量就会造成保护跳闸，发生的频率也会较高，尤其在重载客流高峰时出现，造成假象故障而跳闸，严重影响行车质量。

显然，延时可以躲过电流尖峰引起的保护装置误动作，但分析表10 数据：3UB61/A 样品延时误差为-19.7 ms，已达到66%的误差程度，造成频繁的跳闸故障，严重影响行车秩序。

实际上电子元器件参数变化是一个渐变的老化过程，只有等到问题很严重（故障）时才能被发现。现在则大不相同了，用户可以根据需要，很简单地完成直流保护装置的速断、过流、电流上升率、电流增量、以及延时和持续时间的准确测量，提前发现故障隐患，尤其对运行多年的保护设备更是必要的、不可缺少的。

综合表7 及以上B 公司设备延时数据可以得出：除过电流保护小延时较准确外，电流增量和di/dt 持续时间小延时都增加了0.9 ms，该设备在某新线ΔI 定值如下：延时时间3 ms，持续时间2 ms。按照其设备时间特性，实际持续时间变为t = 2 +0.9 = 2.9 ms，也就是说在极端情况下，ΔI 保护装置一旦启动且满足电流增量定值，哪怕延时时间≥0.1 ms，无论故障是否消失，装置都不会复归而总是跳闸的，其造成的后果可想而知。显然这样的定值并不合理，但在没有实测数据以前不为大家所知，这充分说明了定量试验的重要性以及对保护定值计算的指导作用。

5 结束语

本文对实际工程测试手段、测量结果进行了论述及分析。期望能够对地铁轻轨直流保护试验技术、提高保护装置及牵引供电系统的运行可靠性等有一定的参考价值。

关于各项参数测量的不确定问题，将继续对继电保护仪器、操作人员操作离散程度等进行专项的试验、考核、评定，使之更臻于合理。

[1] SIEMENS Sitras® PRO 安装、操作、维护说明书1.0.1版.

[2] Balfour Beatty TracFeed® DCP2直流开关柜控制和保护多功能装置说明书.

[3] Secheron SEPCOS 保护控制功能说明书.