地铁直流牵引供电系统控制及保护装置的研究

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1、地铁直流牵引供电系统控制及保护装置的研究张鑫ZHANGXin（中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300）摘要：地铁直流牵引供电系统控制及保护装置是直流系统的核心组件。控制及保护装置的准确性、快速性特点的是关系到地铁安全运营的重要前提。而且，保护装置故障录入功能更是为设备及线路故障排查和管理提供了更有力、更科学的依据。本文结合地铁建设及国内现行设备的主要特点，重点阐述地铁直流牵引供电系统控制及保护装置（DCP保护系列）的功能管理及直流系统短路试验的录波分析。.jyqkp;BOURNE公司的MT

2、R-10、MTR-20、MTR-30等型号的继电保护装置,SIEMENS公司的SITRASDPU96型继电保护装置以及Secheron公司的SEPCOS继电保护装置等。上述装置都已经发展了多代产品，本文将详尽阐述、研究DCP106型继电保护装置的功能管理及直流系统短路试验的录波分析。1系统简介国内现行牵引供电系统多采用DC750V和DC1500V两种电压等级。在正常运行时，两套整流机组并联运行，牵引网越区隔离开关打开，相邻的两座牵引变电所构成双边供电方式，共同向其供电范围内的接触轨供电。运营初期和近

3、期，当其中一套整流机组发生故障时，另一套整流机组在其允许的负荷能力情况下，可维持向接触轨提供电源。运营远期，一套整流机组发生故障时，另一套整流机组同时退出运行，该牵引变电所解列，与其相邻的两座牵引变电所通过故障所处的接触轨越区隔离开关，共同对退出运行的牵引变电所供电范围的电动车组进行大双边越区供电。当正线任一座牵引变电所解列时（不含线路端头的牵引变电所），由相邻的两座牵引变电所越区构成“大双边”供电。当线路端头牵引变电所解列时，由相邻的牵引变电所单边供电。见图1。2保护及控制装置2.1保护及控制装置

4、的功能①独立过电流保护。此保护功能显示一条确定的不受时间影响的特性曲线，它的作用是防短路电流。②热反向保护和过电流保护。此保护功能显示过电流和热反向保护特性曲线，它的作用是防止配电设备热过载、防止馈电线路段产生过电流。③上升变化率保护。由于上升变化率保护具有上升有关（di/dt）和变化有关（ΔI）的限流功能，所以它提供了更广泛的保护。④电缆监视。检测电力电缆的绝缘故障。可以对电力电缆实施同步和独立监控。⑤线路测试。在合闸直流断路器前，综合线路测试功能承担检测线路段是否存在短路故障。如果线路段存在故障

5、和异常，线路测试也会自动重合闸直流断路器。⑥事件分析和记录功能。综合事件功能允许连续分析各类故障：信息存储器按时间顺序记录出现的告警和故障信息。如果发生脱扣，则记录实际信号和测得数值。2.2通讯网络接口鉴于行业发展的趋势和通信网络稳定运行等特点，直流系统通信方案采用光线以太网网络。见图2。其网络有以下优点：①大大降低了通信控制器的复杂程度和CPU负载；②讲不通通信网络转换为统一的通信接口，管理更为简单；③网关将不同间隔层的设备影响降到了最低；④网关将间隔层设备自身的通信网络故障隔离在网关意外，不会影

6、响到铜线控制器的工作。3控制及保护装置功能管理由于控制机保护系统的配置全面，为实际系统运行提供了广泛的可选空间。所以，一下将详尽阐述保护装置一些常备的重要功能管理内容。3.1独立过电流保护带定时限特性曲线的独立过电流保护功能是用来保护馈电线路段免受短路电流的影响。变送器测量线路工作电流。见图3。如果测得的线路电流超过整定值I>>，则保护功能动作并起动延时段。如果延时t>>段后（保护功能）动作状态仍存在，则生成一个使脱扣逻辑电路动作的脱扣指令。为了选择与方向有关的保护功能，可分

7、别调整馈电电流和再生电流的保护动作整定级。3.2上升变化率保护上升变化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。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。见图4。根据线路段的物理性能，下列任务可以归入上升率保护：①早期切断大

8、短路电流；②区分工作电流和短路电流，并切断短路电流。上升率保护通过一个变送器对检测到的线路段工作电流进行评估分析，如果超过整定值，则生成一个使脱扣逻辑动作的脱扣指令。从电流上升保护的特性曲线中可以推断出保护功能的脱扣与测得电流起始上升率（di/dt）和最低电流变化（ΔI）有关（即三者之间的函数关系）。保护系统动作之后，在INS信道（特性曲线的右侧-瞬时信道的工作范围）或者在DEL信道（特性曲线的左侧-延时信道的工作范围）对测得的电流进行评估分析。保护特性曲线两个工作范