西安地铁二号线牵引整流器故障剖析

西安地铁二号线牵引整流器故障剖析[摘要]：通过分析西安地铁二号线牵引整流器故障跳闸的四个
原因，从确保运营的角度提出提高该型整流器可靠性的具体措施，
从而提高牵引整流机组整体可靠性。

[关键词]：24脉波 12脉波整流机组跳闸可靠性
中图分类号：u231+.1 文献标识码： u 文章编号：1009-914x（2012）26- 0580 -01 1前言
西安地铁二号线牵引整流机组采用等效24脉波整流机组，从整
流机组初次带电运行至2011年9月16日试运营前，一期工程9套
24脉波整流机组运行稳定，但也曾出现了三起因整流器误发跳闸信
号导致一个牵引所整流机组整体退出运行的严重故障。

为了保障运
营安全，避免类似事故再次发生，以及在发生故障后快速判断故障
类型，做到尽快恢复正常供电的目的，本文将根据该型整流器的电
气原理剖析该型整流器跳闸故障的原因，从而使运营人员对整流器
故障有一个清晰的认识，为故障的快速修复节约时间，同时，笔者
提出了该型整流器在运营过程中的一些改进措施，从而提高整个整
流机组运行的可靠性。

2 西安地铁二号线整流机组运行方式
西安地铁二号线首通段全线牵引整流系统在每个牵引所设两套
12脉波整流器并联运行，构成等效24脉波整流机组，在正常情况下，若单台12脉波整流柜发跳闸信号，该跳闸信号将送至两套12
脉波整流机组分别对应的35kv高压开关，实现联跳，导致一个牵引所24脉波整流机组整体退出运行，此运行方式能保证任何时候供给接触网的直流电源都是24脉波整流电源，弊端是一旦单台12脉波机组故障跳闸退出运行，一个牵引所整流机组将整体退出运行，非线路两端的牵引供电臂将过渡到单边供电，线路两端供电臂将只能采用大单边供电模式。

根据西安地铁二号线接触网供电的具体情况，当出现会展中心牵引整流机组整体退出运行，将造成会展中心至一期工程终点供电分区及折返线失电，另外，由于车辆段与正线牵引系统隔离，车辆段一旦因单台12脉波整流机组故障退出，整个牵引电源将整体退出，导致车辆段接触网整体失电。

这两种情况下将严重影响正常运营。

3 等效24脉波整流机组原理
等效24脉波整流机组由两套12脉波整流机组构成，12脉波整流电路由两个3相6脉波整流桥并联组成。

其中一个3相整流桥交流进线接至整流变压器二次侧y形绕组，另一个3相整流桥交流进线接至同一整流变压器的二次侧△形绕组。

因为每台整流变压器二次侧星形绕组和三角形绕组相对应的线电压相位错开π/6，于是可以得到两个三相桥并联组成12脉波整流电路。

（下图为一套12脉波整流机组系统原理图。

）当供给两个12脉波整流器的整流变压器高压网侧并联绕组分别采用±7.5°外延三角形连接时，两套整流器并联运行即可构成等效24脉波整流器。

4导致整流器发跳闸信号的四个原因
从整流器电气原理来分析，能导致整流器跳闸的条件有以下四点：
4.1整流器超温跳闸
整流器采用温控器作为设备温度采集的控制器件，其前端温度采集器件采用pt100热电阻温度传感器。

pt100热电阻是一种非线性传感器，每一种型号的pt100热电阻有其固有的“温度/电阻值”的曲线，通过检测热电阻在不同温度下的不同阻值，可检测到温度采集点的实际温度值。

在整流器柜内，该温度传感器安装柜内上部散热器温度最高部位，温控器实时监测柜内最高温度。

温控器信号采集回路将热电阻的电阻值变换成直流电压模拟量，经a/d转换，将温度的模拟量转化为数字量。

根据温控器内部逻辑，采集的温度值与内部设定的高温报警及超温跳闸温度限值进行比较，当采集到温度值高出高温报警或超温跳闸温度上限时，即输出对应的高温报警和超温跳闸信号。

这两路开关量信号送入整流器控制器-可编程控制器plc的数字量输入口，经过plc内部程序逻辑判断，从输出口输出至高温报警或超温跳闸继电器，跳闸继电器有两组独立的干接点输出到1号整流机组和2号整流机组的35kv高压开关，当任意一台整流器高温跳闸后，不只退出本整流机组，还同时联跳另一机组，使整个24
脉波整流机组整体退出运行。

2011年6月15日车辆段牵混所2#整流器超温跳闸，联动了一号整流机组高压开关106和二号整流机组高压开关107开关跳闸，此次事故就是由于2#整流器温控器故障引
起的，对故障温控器更换后至今运行良好。

该型整流器温度保护装置出厂设置为报警温度100±5℃，跳闸温度130±5℃。

西安地铁二号线全线整流器温度正常值在28℃
-33℃，与跳闸温度相差较大，将整流器的主电路设计、实际负载率和运行方式进行综合分析，在正常情况下，不存在实际发生整流器超温跳闸的可能性，该型整流器在全国各条线路也从未发生过此种故障，因此笔者建议将该型整流器超温跳闸信号取消，从而避免再次出现误发超温跳闸联调整个整流机组的故障。

4.2整流器逆流跳闸
每台整流器的每个全桥整流电路分6个桥臂，在每一桥臂的交流进线侧各安装有1个采集电流的电流传感器，整流器正常运行时，从该传感器输出的电压信号为正值，当某一桥臂中有1只二极管反向击穿，同时在与之串联的快速熔断器未熔断的情况下，将会出现三相交流进线相间短路，从而出现反方向电流，此时该桥臂上的电流传感器会输出一个负电压，该负电压送入电压比较电路，与预先设定的标准负电压进行比较，当该负电压小于标准负电压时，电压比较电路输出跳闸高电平信号，经光耦合器隔离，将跳闸逻辑送至plc输入口，后续处理与超温跳闸相同。

4.3整流器同一整流桥臂出现两只二极管同时熔断
为了达到一定的功率，一般同一整流桥臂会有2-4只整流二极管并联使用，并联的几只二极管共同承担该整流臂的负荷电流，根据并联分流原理，并联的几只二极管在理想均流情况下平均分配流
过该桥臂的电流，当出现某一桥臂同时有两只快速熔断器熔断的情况后，使该桥臂剩下的整流二极管承受数倍的正常电流，在这种极端情况下，根据整流器保护原则，plc检测到同一桥臂出现两只熔断器熔断将发出跳闸信号。

整流器内每一个与二极管串联的熔断器状态通过熔断器器身上的微动开关常开接点送至plc输入口，当熔断器确实因过电流熔断后，其器身上的红色按钮向外顶起，使微动开关动作，plc即可采集到该熔断器熔断信号，该型整流器采集了整流电路中所有36只与二极管串联的快速熔断器的熔断状态。

plc 内部逻辑根据同一整流桥臂上出现两只熔断器熔断的逻辑进行二极管跳闸故障动作出口。

4.4整流器交流侧过电压保护电路特殊熔断器熔断跳闸
整流器每一个全桥整流电路的交流进线端设置有三角形接法的压敏电阻串联特殊熔断器过电压保护电路，当交流进线侧出现操作过电压时会对整流器进行有效的过电压保护，当过电压达到压敏电阻动作阀值时，压敏电阻从正常时的高阻态立即转为导通态，促使保护回路过电流而触发特殊熔断器熔断时，可触发整流器跳闸回路动作。

其熔断器熔断状态干接点同样接入plc输入回路，后续处理与超温跳闸相同。

5结论
通过对整流器跳闸原因的剖析，使地铁供电运营人员明确每一种跳闸故障的原理，在日常巡检和设备检修中抓住设备的关键点所在，有针对性的，有重点的进行维保；在故障出现后，能根据故障
原因，结合设备原理图迅速隔离故障，快速恢复设备正常运行，从而保障供电系统稳定可靠运行。

参考文献：
[1]《24脉波整流器技术规格书》2010年
作者简介：
作者姓名：李锋
性别：男
籍贯：陕西省西安市
出生年月：1978.02.06
单位：西安市地下铁道有限责任公司
职称：工程师
研究方向：电气设备研制与应用及地铁供电系统研究
邮编：710018。