地鐵直流牽引變電所保護原理解讀

廖勇

◆摘? 要：現(xiàn)階段，我國已經(jīng)將地鐵確定為城市交通發(fā)展的重中之重，地鐵中一個重要組成部分是地鐵直流變電所。當前地鐵直流變電所仍然處于發(fā)展的初級階段，想要實現(xiàn)地鐵交通的快速發(fā)展，就需要深入研究和分析直流保護，從而促進其向國際主流進行轉(zhuǎn)變?；诖?，本文進一步解讀地鐵直流牽引變電所保護原理，希望給有關(guān)機構(gòu)提供參考與借鑒。

◆關(guān)鍵詞：地鐵;直流牽引;變電所;保護原理

目前，城市公共交通發(fā)展的主要原則是設備國有化，地鐵在城市交通發(fā)展中處于核心地位。由于國家在保護地鐵直流供電繼電領(lǐng)域，還不夠成熟，因此，需要從國外引進地鐵直流保護設備。據(jù)了解，直流保護設備原理的復雜性并不高，從理論上看，實現(xiàn)功能沒有障礙。相信很快占領(lǐng)我國市場并成為國際主流的國產(chǎn)直流保護設備就會出現(xiàn)。

一、保護大電流脫扣

在近端短路故障中會普遍應用主保護，通常在短路器本體安置它：將Im假設為列車的正常運行電流，定值整定是I>KIm，一旦檢測電流大于定值，跳閘現(xiàn)象就會出現(xiàn)，非常短暫的時間，由此看來，大電流脫扣保護靈敏性十分高，能夠保護電流[1]。

二、保護電流上升率和電流增量

目前廣泛使用的方式是饋線主保護，該種方式可以對近端電流切除，也可以將大電流脫扣不能切除的電流故障切除，具體原理是：上升電流和增量電流的朱要原件是瞬時跳閘和延時跳閘，將電流大小作為依據(jù)，進一步判斷故障：

定值A的啟動判斷可以確定為電流變化率di dt，啟動完成后，分別計算采樣點di dt和瞬時數(shù)值ΔT，電流增量使用ΔT來表示，對跳閘的具體判斷是;

首先，如果di dt大于定值A，判斷依據(jù)是ΔT是否超過定值C;其次，如果di dt小于定值A，不能立即返回保護，然而，在ΔT2 時間內(nèi)，就需要瞬時采集di dt和ΔT：1、ΔT大于定值，保護立刻跳閘;2、ΔT在定值C以下，且A大于di dt，保護會返回;3、ΔT小于定值C，di dt大于A，就會回到1中繼續(xù)判斷[2]。

在瞬時跳閘中，整定定值十分關(guān)鍵，必須在多種情況下包括近端短路、近接觸網(wǎng)、列車啟動等情況下的電流變化曲線中，將C、A、ΔT2 確定下來：選取電流C值是這個步驟的重中之重。

一些沒有發(fā)生短路但是情況極端時，會使電流迅速上升，再突然下降，這時很難對定值進行選擇：此時對ΔT3 值可以合理增加，從而啟動保護電流，達到ΔT3 時，保持水平狀態(tài)，在此過程中，無法判斷ΔT，為將極端情況減少，需要保持非常小的ΔT3 值，通常為十幾秒。

三、保護定時限定電流

定時限定電流有兩個定值，分別是啟動電流和延時時間ΔT，電流大于I時，會同時啟動保護和定時器，在定時器規(guī)定時間內(nèi)，電流在定值內(nèi)，則跳閘時定時器時間會到達ΔT時;相反，如果電流一直在定值內(nèi)，就會出現(xiàn)保護返回情況。

如果問題出現(xiàn)在短路電流極小的位置，在不能合理設置電流上升率和電流增量時，跳閘就不能正常進行，而且要求進行后備保護[3]。

通常情況下，在兩端符合最大電流峰值位置將電流定值I選取到，將幾百秒范圍內(nèi)的ΔT選取到后就要對短路進行嚴格計算。

四、保護接觸網(wǎng)熱過負荷

這種保護方式主要目標是降低熱過負荷出現(xiàn)故障的概率，然而，短路故障只是存在一定可能性。主要工作原理需要以長度、接觸網(wǎng)電阻率、電阻率等為依據(jù)，將接觸網(wǎng)發(fā)熱量計算出來，再對經(jīng)驗公式進行充分利用，從而將接觸網(wǎng)電纜溫度計算出來，一旦測量電纜溫度大于T alarm，警報聲就會發(fā)出，在數(shù)值大于T trip時，就將直流開關(guān)提供給此接觸網(wǎng)供電直流，跳開開關(guān)后，電纜會逐漸冷卻，溫度會隨之下降，這是具有十分復雜計算步驟的溫升法，采用反時負荷保護是最為簡單的方法，換言之，倍數(shù)越大的電流過載，其允許持續(xù)時間反而會縮短[4]。

五、保護自動重合閘

排除永久性短路情況后，在保護供電質(zhì)量方面自動重合閘能夠發(fā)揮巨大作用。然而，對于直流斷路器而言，禁止發(fā)生故障導致跳閘情況，因此，有必要在電路永久性短路之前對合閘進行操作，主要內(nèi)容是：跳開a秒后的開關(guān)需要間隔n秒，在接觸網(wǎng)內(nèi)增加電壓，從而檢測短路，連續(xù)檢測m次，如果每次檢測均能發(fā)現(xiàn)故障，可以將其判斷為永久性短路。非永久性短路故障需要滿足一定條件，即連續(xù)檢測K次后，K不小于1不大于m，用戶可以修改a、n、m、K的大小。

六、保護雙邊聯(lián)跳閘

雙邊接觸網(wǎng)是一種比較普遍的保護，在有兩個變電站的統(tǒng)一地區(qū)，首先信號由感知短路發(fā)出，在本站開關(guān)跳開的同時，跳閘信號也會給本冊聯(lián)動發(fā)出，在信號傳輸至相鄰站后，出現(xiàn)跳閘并將開關(guān)斷開，通過對雙邊聯(lián)跳的應用，使得一個發(fā)生正確跳閘后，另一個也隨之跳閘，為安全行駛提供保障。

七、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段，仍然有各種短路、接地、過負荷故障出現(xiàn)在地鐵直流牽引變電配置的直流保護中，這些故障已經(jīng)基本被切除。對于國內(nèi)保護設備制造商而言，想要制造出廣泛使用的直流保護，還需要及時應用新工藝、新技術(shù)，對地鐵變電形式進行創(chuàng)新，從而促進地鐵持續(xù)發(fā)展與不斷壯大。

參考文獻

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[2]劉路鵬，錢雪軍.地鐵電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的仿真及其應用[J].鐵路計算機應用，2020，29（07）：62-66.

[3]伍圣山.城市軌道交通DC1500 V供電系統(tǒng)分析[J].科技經(jīng)濟導刊，2019，27（14）：97+3.

[4]金雪豐，李正茂，胡振.基于時域微分的地鐵直流供電系統(tǒng)故障定位仿真[J].船電技術(shù)，2017，37（04）：67-70.