整流變壓器與整流器之間保護(hù)死區(qū)分析

王明飛 趙 雪

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，610031，成都∥第一作者，工程師）

目前，國內(nèi)地鐵供電系統(tǒng)中壓35 kV交流電源通過整流變壓器和整流器（統(tǒng)稱為整流機(jī)組）降壓整流為DC1 500 V電源為列車供電。整流變壓器低壓側(cè)通過電纜連接至整流器，由于整流變壓器與整流器之間未設(shè)置開關(guān)設(shè)備，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，整流變壓器35 kV側(cè)保護(hù)裝置保護(hù)不到此部分，故存在保護(hù)死區(qū)問題。本文結(jié)合深圳地鐵龍崗線（原3號線）工程具體分析這一問題，并提出解決方案。

1 系統(tǒng)接線

國內(nèi)地鐵整流變壓器與整流器接線見圖1。整流變壓器（TR）通過35kV開關(guān)接入35kV母線；整流變壓器（TR）與整流器（R）之間通過電纜連接；DC 1 500V正極通過直流快速斷路器接入直流系統(tǒng)母線，負(fù)極通過手動隔離開關(guān)接入直流系統(tǒng)母線。整流變壓器采用干式變壓器，額定變比為35kV／1.18kV／1.18kV，其高壓側(cè)采用延邊△接線，低壓側(cè)采用Y接線和△接線。

圖1 整流變壓器與整流器接線示意圖

每套整流機(jī)組構(gòu)成12脈波整流。兩套整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，構(gòu)成24脈波整流。

2 整流機(jī)組保護(hù)配置

2.1 整流變壓器保護(hù)設(shè)置

2.1.1 整流變壓器35kV進(jìn)線斷路器保護(hù)配置

（1）電流速斷保護(hù)；

（2）過電流保護(hù)；

（3）零序電流保護(hù)；

（4）過負(fù)荷保護(hù)；

由于體育活動需要場地與體育器材，就需要具備一定經(jīng)費(fèi)的投入，只有在體育方面進(jìn)行經(jīng)費(fèi)的投入，幼兒園才能進(jìn)行體育活動[3]。經(jīng)過對成都市龍府幼兒園的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)幼兒園的體育方面的經(jīng)費(fèi)一般來自政府的投入和自籌，而幼兒園在體育方面的經(jīng)費(fèi)與幼兒園的類別有非常大的關(guān)系，成都市幼兒園在體育活動經(jīng)費(fèi)的投入方面出現(xiàn)不均衡的情況，一些民辦幼兒園由于體育方面的經(jīng)費(fèi)不足，導(dǎo)致活動場地和體育器材都出現(xiàn)短缺的情況，這種情況的出現(xiàn)導(dǎo)致幼兒健康教育方面的目標(biāo)很難完成。

（5）整流變壓器內(nèi)部保護(hù)（溫度保護(hù)）。

2.1.2 保護(hù)整定原則

（1）電流速斷保護(hù)整定原則：電流速斷保護(hù)動作電流應(yīng)躲過整流變壓器空載合閘時的勵磁涌流，按Izd≥8Ie，t≥0.10s整定（Izd為電流速斷一次整定值，Ie為額定電流）。保護(hù)裝置的靈敏度系數(shù)Ksen≥2，按照系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，保護(hù)裝置安裝處兩相短路電流校驗(yàn)。

（2）過電流保護(hù)整定原則：整流機(jī)組要求300%額定負(fù)荷運(yùn)行1min，過電流保護(hù)動作電流應(yīng)躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，按Izd≥4Ie，t≥0.40s整定。保護(hù)裝置靈敏度系數(shù)Ksen≥1.5，按照系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，低壓側(cè)兩相短路時流過高壓側(cè)（保護(hù)安裝處）的短路電流校驗(yàn)。

（3）零序電流保護(hù)整定原則：零序電流保護(hù)動作電流應(yīng)躲過正常運(yùn)行時出線的最大不平衡電流，按IE≥0.4Igf整定（IE為零序電流整定值，Igf為最大負(fù)荷電流）。保護(hù)裝置靈敏度系數(shù)Ksen≥2，按照本段線路末端最小短路電流校驗(yàn)。

（4）過負(fù)荷保護(hù)整定原則：過負(fù)荷保護(hù)動作電流應(yīng)躲過整流變壓器的最大負(fù)荷電流，同時考慮繼電器的反時限曲線應(yīng)與整流變壓器的過載特性曲線相匹配。

（5）溫度保護(hù)：整流變壓器溫度保護(hù)，130℃報警，150℃跳閘。

2.2 整流器保護(hù)設(shè)置

（1）快速熔斷器保護(hù)；

（2）交流側(cè)過電壓保護(hù)；

（3）直流側(cè)過電壓保護(hù)；

（4）換相過電壓保護(hù)；

（5）溫度保護(hù)；

（6）逆流保護(hù)；

（7）框架保護(hù)。

2.2.2 保護(hù)整定原則

（1）整流器溫度保護(hù)，100℃報警，130℃跳閘。

（2）框架保護(hù)由直流負(fù)極柜保護(hù)裝置整定。

（3）整流器其他保護(hù)由廠家整定。

3 保護(hù)死區(qū)分析

3.1 電流速斷保護(hù)

整流變壓器電流速斷保護(hù)按照躲過變壓器空載合閘時的勵磁涌流整定，根據(jù)深圳地鐵龍崗線工程的供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表1。

表1 整流變壓器電流速斷保護(hù)整定

根據(jù)表1，整流變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路時，保護(hù)裝置處最小兩相短路電流為1 718A，電流速斷整定值靈敏度系數(shù)Ksen＞2，電流速斷保護(hù)能可靠動作，不存在保護(hù)死區(qū)問題。

整流變壓器電流速斷保護(hù)按照躲過變壓器勵磁涌流整定，而不是按照通常的配電變壓器應(yīng)躲過低壓側(cè)短路時流過高壓側(cè)保護(hù)裝置處最大短路電流整定。其主要原因是整流變壓器低壓側(cè)未設(shè)置開關(guān)設(shè)備，當(dāng)整流變壓器低壓側(cè)發(fā)生三相或兩相短路時，希望電流速斷保護(hù)也能保護(hù)得到。

整流變壓器低壓側(cè)短路時，流過保護(hù)裝置的最大三相電流為578A，最小兩相短路電流為415A，當(dāng)整流變壓器與整流器之間發(fā)生三相或兩相短路，短路電流大于電流速斷整定值時，電流速斷保護(hù)就會動作。

3.2 過電流保護(hù)

整流變壓器過電流按照躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，根據(jù)深圳地鐵龍崗線工程的供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表2。

表2 整流變壓器過電流保護(hù)整定

由表2知，整流變壓器與整流器之間發(fā)生三相或兩相短路時，流過35 kV保護(hù)裝置處的最小兩相電流為415 A，過電流整定值靈敏度系數(shù)Ksen＞1.5，過電流保護(hù)能可靠動作，不存在保護(hù)死區(qū)問題。

3.3 零序電流保護(hù)

根據(jù)《短路電流實(shí)用計算》，變壓器的零序電抗與它的型式、構(gòu)造，以及繞組的接線組別有關(guān)。零序電流不能通過中性點(diǎn)不接地或沒有中性線的、接線為星形的變壓器繞組。另外，如果線路終端所接變壓器的繞組為三角形連接，則此線路中也不通零序電流。所以，零序電壓如果加在變壓器中性點(diǎn)不接地，或沒有中性線的星形及三角形連接的變壓器繞組一側(cè)（不論另一側(cè)如何連接），在這些繞組中都不會產(chǎn)生零序電流。只有當(dāng)零序電壓加在變壓器中性點(diǎn)直接接地或有中性線的星形繞組一側(cè)時，才會產(chǎn)生零序電抗，X0（零序電抗值）才是有限值。

整流變壓器高壓側(cè)上一級電源采用110kV／35 kV，YN，d11接線的變壓器，變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地，變壓器35kV側(cè)采用接地變壓器通過小電阻接地。整流變壓器進(jìn)線電源零序回路暢通，當(dāng)整流變壓器進(jìn)線側(cè)發(fā)生單相短路時，整流變壓器進(jìn)線35kV斷路器零序電流保護(hù)能可靠動作，不存在保護(hù)死區(qū)問題。

整流變壓器高壓側(cè)采用延邊△接線，低壓側(cè)接線分別為Y和△接線，Y接線沒有中性點(diǎn)引出，整流變壓器零序回路不通，當(dāng)整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路時，35kV側(cè)零序電流保護(hù)不會動作，故存在保護(hù)死區(qū)問題。

3.4 過負(fù)荷保護(hù)

過負(fù)荷電流按照躲過整流變壓器的最大負(fù)荷電流整定，過負(fù)荷保護(hù)不存在保護(hù)死區(qū)問題。

4 國內(nèi)工程現(xiàn)狀

目前，整流變壓器一般設(shè)置在單獨(dú)的設(shè)備間內(nèi)，整流器一般布置在與整流變壓器相鄰的設(shè)備房內(nèi)，連接電纜的單根長度一般不長，且整流變壓器與整流器之間的電纜采用非鎧裝電纜，故發(fā)生單相短路的故障概率相當(dāng)?shù)汀?/p>

一旦整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路，整流變壓器35kV側(cè)保護(hù)無法動作，整流變壓器低壓側(cè)系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，非故障相電壓將抬高倍，同時整流器進(jìn)線缺相，整流器輸出的電壓波形畸變率很高，不利于為列車供電。

5 保護(hù)死區(qū)解決方案

當(dāng)整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路時，整流變壓器35kV側(cè)保護(hù)裝置保護(hù)不到。建議在整流器進(jìn)線側(cè)設(shè)置缺相保護(hù)裝置，來解決整流變壓器與整流器之間保護(hù)死區(qū)的問題。當(dāng)檢測到整流器進(jìn)線三相電源中有一相且僅有一相電源失去后，整流器裝置通過硬接線將跳閘信號傳送給對應(yīng)的整流變壓器35kV進(jìn)線開關(guān)柜保護(hù)裝置，使35kV斷路器跳閘，同時35kV保護(hù)裝置聯(lián)跳對應(yīng)的DC 1 500 V進(jìn)線斷路器，把故障整流機(jī)組有效隔離開來。

6 結(jié)語

通過對整流變壓器與整流器之間保護(hù)死區(qū)問題的分析，建議在整流器進(jìn)線電源側(cè)加裝缺相保護(hù)裝置，來解決整流變壓器與整流器之間保護(hù)死區(qū)問題。此方案即簡單又經(jīng)濟(jì)，可有效地保證供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

［1］于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與運(yùn)用［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

［2］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［3］李瑞榮.短路電流實(shí)用計算［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［4］DL 584—2007 3～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程［S］.

［5］中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.深圳市地鐵龍崗線工程供電系統(tǒng)35kV繼電保護(hù)整定計算書［G］.成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2009.