地鐵直流牽引供電保護(hù)技術(shù)分析

張鈺 李強(qiáng)

【摘要】伴隨著我國(guó)城市交通建設(shè)的不斷發(fā)展，地鐵系統(tǒng)技術(shù)的改善與優(yōu)化速度快速發(fā)展，其中直流牽引供電系統(tǒng)在地鐵供電保護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，因此高性能以及高可靠性的直流保護(hù)技術(shù)對(duì)于地鐵技術(shù)的發(fā)展十分重要。我們基于地鐵直流供電系統(tǒng)中所普及采用的幾種直饋線路保護(hù)方法，就電流上升率的保護(hù)以及電流增量保護(hù)、過流保護(hù)以及框架保護(hù)等基本的保護(hù)原理，對(duì)地鐵直流牽引供電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】供電保護(hù);饋線;直流;地鐵

我國(guó)的城市地鐵直流保護(hù)設(shè)備主要來自于國(guó)外，比如在廣州地鐵三號(hào)線所應(yīng)用的保護(hù)設(shè)備是德國(guó)公司Siemens的產(chǎn)品DPU96，武漢地方城市的鐵軌所選用的地鐵直流保護(hù)設(shè)備是瑞士Secheron公司旗下產(chǎn)品SEPCOS。對(duì)于產(chǎn)品的構(gòu)成方面來講，直流保護(hù)電的設(shè)備制造原理并不復(fù)雜，因此我國(guó)在理論實(shí)踐上也可以進(jìn)一步的進(jìn)行發(fā)展，在不久的將來，國(guó)產(chǎn)的直流電保護(hù)設(shè)備將在我國(guó)市場(chǎng)成為主流。

一、地鐵直流牽引網(wǎng)短路電流特點(diǎn)及地鐵直流保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

地鐵直流牽引網(wǎng)存在著短路的現(xiàn)象，具體特點(diǎn)為：首先，在地鐵列車起動(dòng)時(shí)電流的變化率時(shí)間以及地鐵中遠(yuǎn)端的相關(guān)電流變化率在時(shí)間程度上延伸較長(zhǎng);其次，與負(fù)荷電流的變化率相比較之下，短流電路變化率要明顯高出更多，變化頻率更高，并且處在遠(yuǎn)端的短流電路具體變化率與地鐵起動(dòng)時(shí)的最高程度的電流變化頻率保持一致;最后，在地鐵車流密度和地鐵直流饋線的相聚距離在達(dá)到一定的最高數(shù)值后，負(fù)荷電流在變化量及數(shù)值方面有可能會(huì)高于在處在末端的短流電路。針對(duì)直流牽引網(wǎng)中的短流電路發(fā)生情況，地鐵直流保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要具備以下的幾種特點(diǎn)：首先應(yīng)該基于部分的特殊故障進(jìn)行系統(tǒng)性的保護(hù)，例如在地鐵屏蔽門和接觸網(wǎng)部分的短路故障、在架空接地線處與地鐵直流接觸網(wǎng)部分的電流短路等;另外，在城市地鐵的日常運(yùn)行工作過程中，對(duì)于地鐵的直流保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該盡可能的避免出現(xiàn)跳閘問題，減少暫時(shí)性的系統(tǒng)故障對(duì)于地鐵運(yùn)行所造成的不利影響;最后，各類保護(hù)措施應(yīng)該交叉進(jìn)行，進(jìn)行相互工作之間的配合使用，確保在地鐵直流系統(tǒng)出現(xiàn)短路等暫時(shí)性的故障時(shí)，能夠進(jìn)行及時(shí)有效的排除與修復(fù)。

二、地鐵直流牽引供電保護(hù)技術(shù)的具體內(nèi)容

（一）對(duì)于電流上升率的保護(hù)和電流增量的保護(hù)

電流上升率的保護(hù)與電流增量的保護(hù)是地鐵直流網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)中的重要內(nèi)容。使用這兩種保護(hù)措施，可以在短路故障發(fā)生時(shí)對(duì)故障發(fā)生的原因進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，斷路器在地鐵短路電流進(jìn)行穩(wěn)定的工作狀態(tài)之前可以對(duì)故障中的回路進(jìn)行恢復(fù)與切除。，從而對(duì)地鐵直流設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，其具體的工作原理為：對(duì)直流牽引所需要的正常電流與在發(fā)生故障時(shí)的電流在數(shù)值和特征上進(jìn)行比較與區(qū)分，從而確定故障發(fā)生的原因。例如，假設(shè)地鐵列車在進(jìn)行正常運(yùn)行過程中其最大的工作電流為dkA，在列車進(jìn)行起動(dòng)時(shí)，電流值從最初的零狀態(tài)增加到運(yùn)行的最大電流值約為8秒，以此計(jì)算，此輛列車的電流上升率保持在0.5kMs，但事實(shí)上地鐵故障電流的上升率與地鐵正常工作的電流相差數(shù)值方面有著幾十或是上百倍的差距。因此，在實(shí)際的運(yùn)用過程中，電流上升率保護(hù)與電流增量的保護(hù)要結(jié)合進(jìn)行，在進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)起動(dòng)后，由同一個(gè)電流上升率值進(jìn)行預(yù)定，避免互相影響狀況的出現(xiàn)，在一方進(jìn)入保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就提前進(jìn)行預(yù)熱保護(hù)狀態(tài)。所以，電流上升率的保護(hù)主要針對(duì)于地鐵中遠(yuǎn)距離程度上面的非金屬性短路的情況;電流增量保護(hù)則主要針對(duì)近距離的同屬性短路故障。

（二）過流保護(hù)

地鐵直流牽引供電保護(hù)技術(shù)中的過流保護(hù)技術(shù)是針對(duì)電流在超過規(guī)定值時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并在故障出現(xiàn)的時(shí)間超過預(yù)期的保護(hù)時(shí)間后進(jìn)行跳閘指令的發(fā)送。其具體保護(hù)原理為：在電網(wǎng)發(fā)生非金屬性的短路故障時(shí)，主要特征表現(xiàn)為電流值突然增大，電流電壓急劇下降，過流保護(hù)可以按照線路進(jìn)行選擇，整定繼電器的動(dòng)作電流。在線路中出現(xiàn)故障的電流數(shù)值達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電流繼電保護(hù)器就可以根據(jù)選擇的保護(hù)方案，對(duì)其電路故障進(jìn)行切除。作為電流上升率的電流增值量的后備保護(hù)措施，可以在保護(hù)控制的單元內(nèi)提前對(duì)電流的Imax值以及時(shí)間維度上的T值進(jìn)行整定。在直流饋線電路的電流值超過規(guī)定時(shí)間內(nèi)的Imax值時(shí)，就可以通過過流保護(hù)的相關(guān)裝置對(duì)直流饋線電路的斷路器進(jìn)行跳閘工作，以此來排除故障，切除故障電路，基于此，我們可以發(fā)現(xiàn)，Imax值應(yīng)在整定數(shù)值上比電流的脫口保護(hù)裝置的預(yù)定值要小，在進(jìn)行數(shù)值設(shè)定時(shí)，可以從正反兩個(gè)方向進(jìn)行。

（三）框架保護(hù)

進(jìn)行框架保護(hù)工作的主要原因是為了防止直流牽引供電設(shè)備的內(nèi)部絕緣在降低時(shí)會(huì)對(duì)人身造成危險(xiǎn)，對(duì)于每個(gè)牽引降壓變電場(chǎng)所內(nèi)都需要設(shè)置一套直流系統(tǒng)的泄露保護(hù)措施系統(tǒng)，這種保護(hù)措施應(yīng)該包含過電流保護(hù)與反映接觸電壓的相關(guān)過電壓保護(hù)措施兩個(gè)方面“，過電壓保護(hù)措施應(yīng)該與地鐵站內(nèi)的對(duì)軌道的電位制約裝備進(jìn)行配合聯(lián)動(dòng)使用，并且作為軌道電位制約裝置的后備保護(hù)措施。另一方面，電流型框架的保護(hù)措施通過檢測(cè)相關(guān)直流設(shè)備來觸發(fā)保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作，在直流設(shè)備的絕緣度發(fā)生變化時(shí)，相關(guān)直流設(shè)備可以對(duì)地鐵柜體中的泄露電流進(jìn)行整定值觸發(fā)，從而使保護(hù)框架觸發(fā)保護(hù)開關(guān)，迅速的對(duì)地鐵設(shè)備內(nèi)的所有直流開關(guān)進(jìn)行跳閘，在進(jìn)行人工復(fù)歸的方式后可以再度合上開關(guān)進(jìn)行工作。因?yàn)殡娏骺蚣鼙Ｗo(hù)措施的電阻阻抗值太小，直流框架保護(hù)設(shè)備可以直接接觸地面，檢測(cè)電壓與軌道外的對(duì)于地面的電壓可以保持一致，作為故障排除標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)相關(guān)直流故障進(jìn)行切除后，可以通過人工恢復(fù)框架泄露保護(hù)裝置的方式，使斷路器重新投入使用。

綜上所述，對(duì)于地鐵直流牽引供電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以從電流上升率的保護(hù)、電流增值的保護(hù)與框架的保護(hù)等多個(gè)方面分層進(jìn)行，在進(jìn)行故障解決判定時(shí)，中遠(yuǎn)程的非金屬短路故障應(yīng)用進(jìn)程的非金屬性故障加以區(qū)分;并且為了防止保護(hù)裝備中的內(nèi)部絕緣的變動(dòng)對(duì)人體造成的危害，需要對(duì)其直流電框架進(jìn)行保護(hù)，具體措施就是使用電流泄露保護(hù)框架對(duì)發(fā)生變動(dòng)的電流進(jìn)行切除保護(hù)，促發(fā)斷路器動(dòng)作，并且通過人工.恢復(fù)使設(shè)備再次投入使用，保證了保護(hù)設(shè)備的人工可操作性與重復(fù)性使用，降低保護(hù)裝置的成本。