直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護配置及整定的探討

何俊文

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 武漢 430063

摘要 在地鐵運行中，直流牽引供電系統(tǒng)的安全運行直接關(guān)系到地鐵列車的正常運行。直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護方案，對直流供電系統(tǒng)的安全運行，起著非常重要的作用。本文針對直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護的配置及整定，結(jié)合相關(guān)實例進行了一定的分析和研究。

關(guān)鍵詞：直流牽引；供電系統(tǒng)；繼電保護配置；整定；

1 引言

截至2014年底，我國累計有22個城市建成投運城軌線路101條，運營線路長度3155公里。在地鐵運行中，直流牽引供電系統(tǒng)的安全運行直接關(guān)系到地鐵列車的正常運行，與軌道交通的日常運營聯(lián)系緊密。在地鐵直流牽引供電系統(tǒng)運行過程中，直流保護是非常重要的一項工作內(nèi)容，對供電系統(tǒng)運行的可靠性以及安全性具有重要的保障作用。由于直流牽引供電系統(tǒng)自身的特點，使得直流保護整定計算具有較為困難及復(fù)雜的特點。對此，本文結(jié)合直流供電系統(tǒng)繼電保護裝置的配置功能，對牽引供電系統(tǒng)繼電保護整定進行分析與研究，并結(jié)合工程實例進行整定計算及試驗驗證。

2 直流牽引供電系統(tǒng)保護配置與整定計算

軌道交通牽引供電系統(tǒng)的運行方式一般可以分為雙邊供電、單邊供電以及大雙邊供電三種。如果在系統(tǒng)運行過程中接觸網(wǎng)（軌）發(fā)生了故障，不僅同短路點距離較近的變電所會向發(fā)生短路位置的故障點進行供電，整個線路的變電所都會共同向其進行供電。對此，在對直流牽引供電系統(tǒng)保護進行計算時則不能僅僅使用普通的保護計算方式，而需要在充分聯(lián)系直流牽引供電特點的基礎(chǔ)上開展整定計算。

2.1 直流饋線保護

本文針對某一運營的地鐵線路進行分析，該工程直流開關(guān)柜裝備了某型號直流饋線保護裝置，開關(guān)本身具有本體保護功能，保護裝置具有大電流脫扣保護、di/dt 、定時限過流保護、熱過負荷保護以及雙邊連跳保護等。

2.1.1 直流高速開關(guān)本體保護

在直流高速開關(guān)本體方面，其所使用的UR40斷路器自身所具有保護功能并不具有延時性，其固定分閘時間為4ms，能夠較為快速的對發(fā)生在近端的金屬性短路故障進行切除，并能夠通過其自身所具有的脫扣器實現(xiàn)跳閘。其整定范圍大于最大負荷的正常啟動電流，其值同近端最大保護電流相比則較小。在同機車保護配合應(yīng)用之后，則能夠有效的躲過機車斷路器所具有的電流脫扣保護。在以單邊方式進行供電時，其能夠以較為可靠的方式對末端電弧性短路故障電流進行切除，且要求整定值同末端電弧性短路故障電流相比要小。而在大雙邊方式進行供電的情況下，則需要對對上述條件進行校核。

2.1.2 di/dt+△I保護

電流上升率（di/dt）保護是主要針對接觸網(wǎng)遠端發(fā)生短路故障的情況，在實際應(yīng)用發(fā)生故障時，該短路電流所具有的幅值同直線饋線負荷電流相比則要小，且斷路器自身不能夠起到保護的作用。實際整定要求方面，則具有以下幾方面的內(nèi)容：首先，其需要大于接觸網(wǎng)過分段沖擊以及機車啟動所產(chǎn)生的電流變化率；其次，應(yīng)當(dāng)小于線路末端短路電流變化率。電流增量保護是主要針對近端接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障的情況。di/dt+△I保護是接觸網(wǎng)饋線的主保護，兩者具有著相互獨立、相互配合的應(yīng)用特點。在實際應(yīng)用中，為了避免電流增量可能受到干擾誤動影響，會對短路電流上升率以及延時時間等附加部分限制條件。

2.1.3 IMAX穩(wěn)態(tài)電流整定原則與功能

IMAX穩(wěn)態(tài)電流保護為近、中段短路故障所具有的后備保護，其在實際應(yīng)用中的整定要求為需要小于大電流脫扣保護整定值，所具有的返回系數(shù)為80%，且需大于電流增量值。

2.1.4 IDMT定時限過電流保護整定原則與功能

IDMT定時限過電流保護是針對線路在末端發(fā)生短路故障的后備保護，要求其整定值應(yīng)當(dāng)小于接地線同線路末端接觸的最小短路電流，且能夠大于車輛電機啟動時間與電流。對于不同車輛來說，其電動機啟動的時間與電流方面存在一定差異。

2.1.5 熱過負荷保護整定原則與功能

對該保護而言，其所具有的功能能夠?qū)^負荷故障進行消除，而并非對于短路故障所施加的保護。在該保護中，根據(jù)接觸網(wǎng)（軌）及饋線電纜流過的電流，對接觸網(wǎng)（軌）所具有的發(fā)熱量進行計算。當(dāng)計算的溫度超出了整定范圍，系統(tǒng)則會出現(xiàn)跳閘或者進行報警。

2.1.6 雙邊聯(lián)跳保護

雙邊聯(lián)跳保護是在故障情況下，為了能夠?qū)ο噜徸冸娝伨€實現(xiàn)可靠跳閘而設(shè)立的后備保護。當(dāng)故障發(fā)生時，同短路故障點距離較近的變電所饋線會優(yōu)先動作，對于距離較遠的變電所，則會因為故障電流值達不到保護定值而不會出現(xiàn)跳閘操作。為此，專門設(shè)置雙邊聯(lián)跳保護解決上述問題，當(dāng)離故障點較近一側(cè)的直流饋線斷路器發(fā)生跳閘后，啟動聯(lián)跳裝置，向?qū)?cè)直流饋線保護裝置發(fā)出聯(lián)跳信號。

2.2 鋼軌過電壓保護

直流牽引供電系統(tǒng)中，鋼軌對地絕緣安裝，牽引電流在通過軌道時會產(chǎn)生電壓降，當(dāng)大雙邊方式進行供電或者多列車同時進站制動時，軌道對地電位可能會迅速升高，超過規(guī)范允許值，對人體安防護存在一定影響。對此，通過對鋼軌電位限制裝置的合理整定實現(xiàn)對乘客以及列車工作人員的安全作出保證。

3.案例分析

結(jié)合上述原則，針對南方某新建地鐵線路進行整定，該線路采用DC1500V接觸軌供電，6輛B型車編組，列車采用西門子牽引系統(tǒng)，單列車最大啟動電流為3000A。結(jié)合直流供電系統(tǒng)短路計算，對直流饋線保護進行如下整定。開關(guān)本體保護整定為：10kA；電流速斷保護Imax整定為8000A，1ms；定時限過電流保護：4000A，25s；di/dt+△I保護：啟動值：50kA/s，返回值：15kA/s，△I：4800A；熱過負荷保護：3000A，10min；鋼軌電位：I段：120V，0.5s，II段：150V，0.2s，III段：600V，無延時。根據(jù)上述整定值，分別進行近、遠端短路試驗，均成功跳閘，圖1-3為短路試驗結(jié)果。試驗結(jié)果表明上述整定值能夠滿足直流系統(tǒng)繼電保護要求。

圖一 某站近端短路時，柜體泄壓通道噴射電弧，斷路器成功分斷

圖二 遠端短路時短路電流

圖三 近端短路時短路電流

3 結(jié)束語

近年來，隨著我國地鐵交通事業(yè)的發(fā)展，人們對于地鐵出行的安全性以及穩(wěn)定性也具有了更高的要求。在上文中，我們對直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護配置及整定進行了一定的研究與探討，并結(jié)合實際工程案例，進行了整定計算，并通過短路試驗進行了驗證。試驗結(jié)果表明該組整定值具有良好的選擇性、速動性和可靠性。直流供電系統(tǒng)有其自身特點，其繼電保護整定策略需根據(jù)實際的線路情況、供電制式，并結(jié)合繼電保護裝置的配置功能進行制定，以獲得更為穩(wěn)定的運行效果。

參考文獻

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