地铁直流牵引供电系统馈线保护方法研究

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1、地铁直流牵引供电系统馈线保护方法研究作者：西南交通大学丁丽娜韩红彬摘要：针对目前国内地铁直流馈线保护方法不是很成熟，本文介绍了地铁直流牵引供电系统中采用的几种直流馈线保护方法，详细分析了大电流脱扣保护。di/dt电流上升率及电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护，自动重合闸保护的基本保护原理，并举例说明了如何通过对电流上升率，电流增量I和电流上升持续时间t的测量来区分故障情况和正常运行情况。为地铁馈线保护的配置提供了理论基础。关键词：馈线；直流；保护；地铁随着我国国民经济的持续发展，城市交通日趋紧张。而地铁成为解决大中城市交通拥挤问题的最佳

2、方案。随着地铁系统的快速发展，直流牵引供电系统得到了越来越广泛的应用，研制高性能和可靠的直流保护是十分紧迫的。在地铁牵引供电系统中有以下几种主要的直流馈线保护：大电流脱扣保护、di/dt电流上升率及电流增量保护、过流保护、双边联跳保互、接触网热过负荷保护、自动重合闸保护。1保护原理牵引供电系统可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的、同时也是最危险的故障就是发生各种形式的短路。当被保护线路上发生短路故障时，其主要特征就是电流增加和电压降低。利用这2两个特征，可以构成电流电压保护。本文重点介绍馈线保护的主保护及后备保护。1.1大电流脱扣保护该保护属于开关自带

3、，用于切断大的短路电流。大的短路电流对线路会造成巨大的损坏，故大的短路电流一出现应立即切断，其切断时刻应在其达到电流峰值之前。假设被保护线路短路电流的最小值为Idmin，动作电流整定为Idz>kIdmin(其中k为可靠系数)，一旦检测到瞬时电流超过动作电流时，立即跳闸，其固有动作时间仅几毫秒，所以大电流脱扣保护非常灵敏，尤其电流上升非常快的近端短路，往往先于电流上升率及电流增量保护动作。1.2电流上升率保护（di/dt）和电流增量保护（ΔI）该保护作为地铁馈线保护的主保护，他既能切除近端短路电流，也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障。该

4、保护克服了单独di/dt保护受干扰而误动，以及ΔI保护存在拒动现象的缺点。保护动作特性分为2部分，瞬时跳闸和延时跳闸，其中谁较早激活就由谁决定跳开高速直流断路器。延时跳闸元件主要起识别远端短路电流并跳闸的作用。保护原理：在运行当中，保护装置不断检测电流上升率。当电流上升率在给定的时间T1内高于保护设定的电流上升率F时，di/dt保护启动，进入延时阶段。若在整个延时阶段，电流的上升率都高于保护的整定值，则保护动作；若在延时的阶段，电流上升率回落到保护整定值之下，则保护返回。图1为保护的动作特性。曲线1在A点处di/dt>F,保护启动，经延时在B点处发跳闸命令。

5、曲线2是列车加速时的电流曲线，由于di/dt未超过F，保护不动作。在di/dt保护启动的同时ΔI保护也启动进入保护延时阶段，从ΔI保护启动的时刻开始继电器以启动时刻的电流作为基准点计算相对电流增量。若电流上升率一直维持在di/dt保护整定值之上，在达到ΔI延时值后，电流增量达到ΔI保护整定值，则保护动作。在计算电流增量的过程中允许电流上升率在相对较短的时间内回落到di/dt保护整定值之下。只要这段时间不超过di/dt返回延时整定值，则保护不返回；反之保护返回。图2是保护的动作特性，图中F为di/dt的整定值，在A点曲线电流上升率超过F，K为故障时的最小电流增

6、量，T2为ΔI延时整定值。当检测到的电流增量小于K时，可以肯定不是故障情况；若大于K则有可能是故障情况，需检测其他参数（如t或I）来进一步判断。对图中各曲线的分析如下：（1）曲线1的电流增量小于K，肯定不是故障情况，该电流曲线实际表示机车在距离牵引变电所很远处启动时的机车启动电流。（2）曲线2的电流增量小于K，也肯定不是故障情况。（3）曲线3的电流增量虽然超过ΔI整定值，但电流变化率的延时时间不足(小于T1)，在这一段时间内不作ΔI的判断，经过几毫秒的延时后电流就开始下降，故不是故障情况。该曲线实际表示列车的电杆架接触，电容器充电的线路电流曲线。（4）曲线4

7、的电流增量超过ΔI整定值，延时时间也满足，故可以肯定是故障情况。（5）曲线5的电流增量超过K，有可能是故障情况。再检测电流上升持续时间，发现其值超过了di/dt延时整定值，则肯定是故障情况。如果此时没能通过检测时间t参数来激活电流变化率di/dt保护，则电流增量保护动作使直流馈线断路器跳闸清除故障。（6）曲线6的电流增量超过K，有可能是故障情况。在电流上升的过程中，电流上升率回落到di/dt整定值以下，且超过了di/dt返回延时值，因此保护返回。在B点保护重新启动，并以B点作为新基准点。该曲线是列车驶进车站的电流变化曲线。对于远端故障电流由于其上升的速率比近

8、端的慢，峰值也小很多，通常与列车启动或通过接触网分段