浅议地铁直流牵引供电系统保护

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1、浅议地铁直流牵引供电系统保护　　摘要：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。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，详细分析了电流上升率保护(di/dt)及电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、自动重合闸保护、框架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：保护；馈线；直流；保护；地铁中图分类号：U231+.3文献标识码：A文章编号：目前，国内主

2、要城市的地铁直流保护设备均来自国外，例如广州地铁二号线选用的是德国Siemens公司的DPU96，武汉轻轨选用的是瑞士Secheron公司的SEPCOS。通过对部分国外产品的研究，笔者认为，直流保护设备的原理并不是十分复杂，功能实现在理论上也没有任何障碍，希望通过本文的抛砖引玉，在将来的不久，能够看到国产的直流保护设备在我国甚至国际市场成为主流。一电流上升率保护(di/dt)和电流增量保护ΔI6电流上升率保护(di/dt)和电流增量保护ΔI是两种重要的保护。这两种保护可以在短路发生的初期检测到故障，相应的断路器可以在

3、短路电流达到稳态值之前将故障回路切除，保护设备的安全。它的原理是：直流牵引的正常电流与故障电流在特征上有比较明显的区别。例如，假设列车的最大工作电流为4kA，列车起动时电流从零增长到最大电流值约需要8秒，那么一列列车正常的起动电流上升率仅为0.5kA/s,而故障电流的上升率可达到单列列车起动电流的几十甚至上百倍。电流上升率保护(di/dt)（以下简称di/dt保护）和电流增量△I保护（以下简称△I保护）就是根据故障电流和正常工作电流在上升率这一特征上的不同来实现保护功能的。在实际运用中，di/dt保护和△I保护是通过

4、相互配合来实现保护功能的，而且这两种保护的起动条件通常都是同一个预定的电流上升率值。在起动后，两种保护进入各自的延时阶段，互不影响，哪个保护先达到动作条件就由它来动作。在这一点上，有些类似于通常所说的定时限过流保护和电流速断保护。一般情况下，di/dt保护主要针对中远距离的非金属性短路故障，△I保护主要针对中近距离的非金属性短路故障（金属性直接短路故障由断路器自身的电磁脱扣装置来跳闸）。在双边供电线路中，di/dt和ΔI保护整定的原则如下：（a）di/dt的整定值应尽可能的小，以获得尽可能大的保护范围。6（b）di/

5、dt的整定值应足够大，以躲过列车的启动电流和滤波器充电电流。（c）ΔI的整定值应足够大，以躲过保护区域之外发生故障时的故障电流。（d）di/dt的延时应足够长，以免越区跳闸。二过流保护过电流保护指故障电流超过过流保护整定值，故障出现时间超过保护整定时间后发出跳闸命令。它的动作原理是：电网中发生相间短路故障时，电流会突然增大，电压突然下降，过流保护就是按线路选择性的要求，整定电流继电器的动作电流的。当线路中故障电流达到电流继电器的动作值时，电流继电器动作按保护装置选择性的要求，有选择性的切断故障线路。它可作为上述两种保

6、护的后备保护,在保护控制单元预先整定电流Imax值和时间T值。当通过直流馈线短路的电流值在预先设定的时间T内超过Imax值时，过流保护装置动作使直流馈线断路器跳闸来清除故障。显然，Imax值应小于大电流脱扣保护装置动作值,对于Imax值的设定，可分别设定正反方向的Imax＋值和Imax－值。三双边联跳保护6由于行车密度大，导致负荷电流也较大，当最大负荷电流可与馈线最小短路电流相比拟时，大电流脱扣的电流整定值不可能太小，这样对于电流保护来说，保护范围不可能太大。故在某些情况下，当馈线发生短路故障时，可能会有一侧直流断路

7、器电流保护不动作的情况。但由于△I和di/dt保护的灵敏度很大，无论馈线发生什么故障，它们都可动作于跳闸，为进一步提高保护的可靠性，所以对于双边供电的馈线，均考虑设置双边联跳保护。双边联跳保护的原理如下：一条接触网的两段，左边一段由牵引变电所A和B（简称A站和B站）供电，右边一段则由B站和C站供电，当短路点发生在靠近A站的c位置时，A站的大电流脱扣保护首先动作，而B站则由于短路电流小等因素，大电流脱扣和di/dt等保护均无法动作，位于A站的双边联跳保护则发出联跳命令，将B站相应的开关跳开。当B站退出运行时，则B站越区

8、隔离开关合上，双边联跳保护根据B站越区隔离开关的位置判断另一端是由C站相应的开关供电。四自动重合闸6使用自动重合闸的目的是为了在瞬时性故障（雷击、架空线闪路等）消除后使线路重新投入运行，从而在最短的时间内恢复整个系统的正常运行状态。对于直流牵引系统，经常会发生短路而使过流脱扣器经常动作。但由于大部分短路故障是短暂的，所以使用自动重合闸系统可提高