地铁牵引供电系统.docx

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1、地铁牵引供电系统保护来源：中国论文下载中心 08-12-11 10:20:00 黄德胜 编辑：studa0714【摘 要】作者依据自己的实践阅历，提出牵引变电所两种不行或缺的保护：牵引变电所内部联跳、因馈线开关没有远后备保护，故应设开关失灵拒动保护。快速切断电源是一切继 电保护的最终目的，直流电路尤其如此。为快速切断电源，在短路电流上升过程中将其遮断， 是直流保护应当遵循的根本原则。文中分析了三种保护上“死区”形成的缘由，为使馈线开关 保护更加完善，直流馈线应设开关失灵拒动保护，以使列车运行更加安全。【关键词】牵引变电所 内部联跳 馈线开关 开关失灵拒动 短路电流 死区。一、概述地铁直流牵引供

2、电系统的保护,可以分为两局部:牵引整流机组保护和直流馈线保护。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的“多电源”和保护的“多死区”。所谓多电源, 既当牵引网发生短路时, 并非仅双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电, 而是全线的牵引变电所皆通过牵引网向短路点供电。所谓多死区, 是因牵引供电系统本身构成的特点和保护对象的特别性而形成保护上的“死区”。任何保护的最根本要求就是当发生短路故障时, 首先要快速“切断电源”、“消退死区”, 针对这两点, 牵引供电系统除沟通系统常用的保护外, 还设置了牵引变电所内部联跳、牵引网双边联跳、di/dt I 等特别保护措施, 这就可以完全满足牵引供电系统发生故障时切断

3、电源、消退死区的要求。对任何供电系统的继电保护而言, 牢靠性总是第一位的, 而对直流牵引供电系统, 速动性可以看成和牢靠性是同等重要的, 所以直流侧保护皆承受毫秒级的电器保护设备, 如直流快速断路器、di/dt I保护等, 目的就是在直流短路电流上升过程中将其遮断, 不允许短路电流到达稳态值。至于选择性, 在直流牵引供电系统中则处于次要位置, 其保护的设置应是“宁可误动作, 不行不动作”。误动作可以用自动重合闸进展矫正; 不动作则很可怕, 由于牵引供电系统短路时产生的直流电弧, 如不快速切断电源，电弧可以长时间维持燃烧而不熄灭; 而沟通电弧则不同, 其电压可以过零而自动熄灭。关于地铁牵引供电系

4、统的常用保护，已为业内人士所熟知，这里不再多作介绍。下面谈一下简洁被人无视的两种保护。二、引变电所内部联跳保护牵引变电所内部联跳的定义：当发生短路故障引起两台整流机组直流引入断路器或沟通断路器同时跳闸时，应快速跳掉全部直流馈线断路器，以准时切断电源。见图01当牵引变电所内部发生短路时，如 K2 点短路，则流向短路点的短路电流有6 路，两台整流机组 2 路：IK1 、IK2 ，相邻牵引变电所通过 4 路馈线开关流向短路点的有 4 路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。假设只跳掉两台整流机组的直流开关或沟通开关是不够的只切断 IK1 、IK2 ，相邻牵引变电所仍会通过牵引网连续向短路点供电

5、IK3、IK4 、IK5 、IKy， 因此必需跳掉直流母线上全部开关，以切断电源，实现牵引变电所内部联跳；当牵引变电所外部发生短路时，如 K1 点短路，则流经 DS6 开关的短路电流有 5 路，两台整流机组 2 路： IK1 、IK2，相邻牵引变电所通过 3 路馈线流经DS6 开关的短路电流有3 路： IK3、IK4 、IK5，此时假设馈线开关DS6 拒动，而又没有远后备保护，此时只能通过牵引变电所内部联跳准时切断电源。牵引变电所内部联跳的保护范围：无论是牵引变电所内部短路还是外部短路，凡引起两台整流机组同时跳闸的故障均应实行牵引变电所内部联跳。由图 01 可以看出, 流经馈线开关DS6 的短

6、路电流IKZ 是由 IK1IK55 个短路电流组成的, 这就说明, 假设馈线开关DS6 失灵拒动, 要切断短路点的电源, 只跳掉DS1、DS2 是不够的, 还要跳掉DS3、DS4、DS5 等 5 路开关, 即必需跳掉牵引变电所直流母线上的全部开关。牵引变电所内部联跳保护, 就是为当发生短路故障时, 快速切断电源的一种保护措施。如发生一路馈线开关失灵拒动或两台整流机组直流侧两路开关同时跳闸(或两路沟通中压开关同时跳闸),为快速切断电源, 都必需实行变电所内部联跳, 既跳掉直流母线上的全部开关, 否则不能切断电源, 如图(01)所示。图中 K1 (牵引变电所外部短路)和 K2 (牵引变电所内部短路

7、) 点短路时, 假设DS1 、DS2 两台直流断路器或DL1 、DL2 两台沟通断路器同时动作, 则必需实行变电所内部联跳, 跳掉全部直流馈线断路器。即跳掉DS3、DS4、DS5 等馈线开关, 否则不能切断电源, 相邻牵引变电所连续向短路点供电。三、直流馈线开关失灵拒动保护目前国内地铁直流馈线开关设置了多种保护和自动装置，这些都是必要的，但尚缺少一 种重要的保护：开关失灵拒动保护。当开关失灵拒动时，开关本身设置的全部保护均失效， 而馈线开关又没有远后备保护,这是直流馈线保护的“软肋”。众所周知，从牵引变电所的主 接线上看，直流馈线开关没有远后备保护设备，这是由地铁供电网络的构成特点所打算的。在

8、直流母线上共设置 6 路开关：2 路直流引入开关、4 路馈线开关，见图01。从电源角 度讲，每路馈线开关的上一级有 5 路电源开关，这和沟通电路不一样，沟通电路上一级只有一路开关，所以当下一级开关失灵拒动时，上一级开关可以作为它的远后备保护。直流则不 然，它的上级5 路开关都不是它的远后备保护设备。从图01中可以看出，当 K1 点发生短路时，如为变电所出口短路，馈线开关失灵拒动可能引起 2 路直流引入线开关跳闸，引起变电所联跳，准时切断5 路电源。假设发生远端短路，馈线开关失灵拒动就格外危急，此时将有 5 路短路电流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5持续不断流入短路点，短路点的直流电

9、 弧将烧毁一切，对于运行的电动车辆，尤其危急，对人身安全造成极大的危害。其实，解决这一问题并不需要什么高深技术和增加投资，直流电路保护的最大特点就是一个字：“快”，快速切断全部电源的唯一牢靠的方法就是通过牵引变电所内部联跳，快速切断电源。推断馈线开关失灵拒动有两个条件：1. di/dt I / t 动作；2. 经肯定的时限馈线开关不动作开关关心常开接点仍处于合闸位置。将上两个条件组成“与”电路，即di/dt I / t 动作信号、经肯定可调整的延时30 100ms，而开关关心常开接点仍处于合闸位置，既推断为开关失灵拒动。应准时实现牵引变电所内部联跳，切断短路点的电源。牵引变电所内部联跳、馈线开

10、关失灵拒动两种保护，期望能引起业内人士的重视。三、直流馈线保护的死区直流馈线保护, 在牵引供电系统中是最重要的保护, 这是由它的供电方式和供电对象的特点打算的。因供电方式不同而形成保护上的不同的“死区”; 因供电的对象是随时变化并移动的负荷, 还需要在保护上进展协作, 这就形成了保护上的特别要求。直流馈线保护首先是以保障列车的正常运行、保护旅客的人身安全为第一要素。1.死区的形成 因供电方式的不同, 保护设置不同, 形成保护上的死区也不同, 单边供电死区发生在供电区段的末端四周; 大双边供电死区发生在供电区段的中点四周, 运行列车主保护不能断弧时死区发生在电动车辆的上，可以发生在列车运行区间的

11、任何位置。死区的大小和供电方式、供电距离、保护措施有亲热的关系, 实行适当的供电方式和保护装置, 死区是完全可以消退的。 单边供电死区发生在末端死区的大小, 取决于开关整定值的大小和供电距离的大小, 当只靠开关本身整定值保护时，形成死区的范围见图(02)。由图02 可见, 单边供电时, 开关整定值越大, 死区越大; 供电距离越长, 死区也越大, 图中 Izd 为馈线开关整定值。 1.2Izd 是考虑开关整定值有 10%的误差时确定保护死区的范围。 大双边供电死区发生在中点四周假设只靠开关的大电流速断保护, 死区会消灭在两端变电所的四周, 这里所说大双边供电死区发生在中点是指馈线保护设置了双边联

12、跳装置以后形成的死区。正常双边供电是不会形成死区的, 由于区间任何一点发生短路, 都可以使一端开关跳闸, 并使另一端开关联跳。而承受大双边供电时, 在供电区的中点四周可能消灭死区, 见图(03)。图中Izd 为馈线开关整定值。 列车主保护不能断弧形成的死区这一死区发生在车上, 范围在整个供电区间都可能发生, 直接威逼旅客的生命安全, 格外可怕。要求变电所的馈线保护和车辆的主保护要相互协作和协调。牵引变电所保护和地铁车辆的主保护相互协作的根本原则是: 地铁车辆主保护应当“自己保护自己”, 即地铁车辆在运行中无论在任何地点, 当车辆发生短路故障时, 其主保护应动作牢靠, 不允许有拉弧现象, “要动作就牢靠动作并断弧, 不动作就拒动”。绝不允许开关动作而消灭燃弧现象。 牵引变电所馈线保护应当延长至车上, 作为车辆主保护的后备, 以防万一。消退以上三种保护上的“死区”，牢靠的方法就是馈线开关设置双边联跳、di/dt I / t 保护装置及开关失灵拒动保护装置，以使地铁列车运行更加安全。