石家莊地鐵直流牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)

王志飛

摘 要：本文主要闡述了石家莊地鐵1號(hào)線DC1500V牽引供電系統(tǒng)保護(hù)配置及原理，并且提出了在地鐵直流饋線保護(hù)中引入電壓型保護(hù)方案的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：地鐵;直流系統(tǒng);保護(hù)配置;電壓型保護(hù)

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵建設(shè)也迎來(lái)了高潮期。在很多城市中，地鐵已經(jīng)成了人們出行的主要交通方式之一。而其牽引供電系統(tǒng)作為地鐵系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)繼電保護(hù)的要求很高，所以保證牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置的合理性、科學(xué)性對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

1 牽引供電系統(tǒng)保護(hù)配置及其原理

石家莊地鐵1號(hào)線采用DC1500V架空剛性接觸網(wǎng)供電、走行軌回流。直流系統(tǒng)保護(hù)裝置采用鎮(zhèn)江大全賽雪龍牽引電氣有限公司提供的SEPCOS-2微機(jī)保護(hù)裝置。在本文中主要是針對(duì)直流系統(tǒng)發(fā)生各類短路故障，介紹直流開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)動(dòng)作原理。

1.1 大電流脫扣保護(hù)

大電流脫扣保護(hù)為開(kāi)關(guān)的本體保護(hù)，整定的依據(jù)主要是短路電流值，主要是為了切斷大的短路電流而做出的保護(hù)措施。當(dāng)故障電流超過(guò)整定值時(shí)，相應(yīng)的斷路器立即跳閘。

1.2 DDL保護(hù)

DDL保護(hù)主要用于電阻型或者遠(yuǎn)距離故障的檢測(cè)，通過(guò)分析饋線電流增量及時(shí)間來(lái)判斷故障。當(dāng)電流變化率大于設(shè)定值E時(shí)保護(hù)啟動(dòng)，當(dāng)電流變化率小于設(shè)定值F時(shí)保護(hù)停止。DDL保護(hù)分為DDL+△I保護(hù)和DDL+△T保護(hù)。

1.2.1 DDL+△I保護(hù)

當(dāng)測(cè)量到的電流增量大于設(shè)定的增量值的時(shí)間大于設(shè)定的時(shí)間參數(shù)時(shí)，此保護(hù)動(dòng)作出口。如果在保護(hù)動(dòng)作出口前監(jiān)測(cè)到電流變化率小于保護(hù)返回值時(shí)，則保護(hù)復(fù)歸。

DDL+△I跳閘特性曲線

1.2.2 DDL+△T保護(hù)

當(dāng)保護(hù)啟動(dòng)后的電流增量在設(shè)定的時(shí)間常數(shù)內(nèi)仍沒(méi)有達(dá)到DDL+△I保護(hù)的電流增量設(shè)定值，但此時(shí)的電流增量值大于設(shè)定的最小增量值，則此保護(hù)動(dòng)作出口。如果在保護(hù)動(dòng)作出口前監(jiān)測(cè)到電流變化率小于保護(hù)返回值時(shí)，則保護(hù)復(fù)歸。

DDL+△T跳閘特性曲線

1.3 電流定時(shí)限保護(hù)Imax+，Imax++

該保護(hù)為大電流脫扣保護(hù)的后備保護(hù)，主要通過(guò)分析饋線電流大小與時(shí)間常數(shù)的配合識(shí)別故障。保護(hù)裝置不斷監(jiān)測(cè)饋線的電流。如果饋線的電流值大于該保護(hù)的定值，并且在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)一直比設(shè)定值大，則保護(hù)動(dòng)作出口，如果電流值在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)小于設(shè)定值則保護(hù)返回。

1.4 熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)

該保護(hù)主要用于接觸軌或接觸網(wǎng)的熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)。通過(guò)采用保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)的饋線電流和設(shè)備的時(shí)間常數(shù)計(jì)算熱量。裝置中設(shè)定的θ的初始化值為：θt0=98%的報(bào)警門限。當(dāng)饋線開(kāi)關(guān)承受大的電流，并且經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，θt值達(dá)到報(bào)警門限，裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果負(fù)荷繼續(xù)增加，當(dāng)θt≥101%時(shí)，裝置發(fā)出跳閘信號(hào)使饋線開(kāi)關(guān)跳閘。

1.5 雙邊聯(lián)跳功能

雙邊聯(lián)跳功能主要是針對(duì)同一供電區(qū)段。如果沒(méi)有設(shè)置聯(lián)跳，當(dāng)接觸網(wǎng)回路發(fā)生故障時(shí)，近端開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘，而遠(yuǎn)端開(kāi)關(guān)仍然向故障點(diǎn)送電，這會(huì)對(duì)故障點(diǎn)再次沖擊。當(dāng)處于中間的變電所退出運(yùn)行時(shí)，合越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行越區(qū)供電時(shí)，其相鄰的兩個(gè)變電所饋線斷路器可以進(jìn)行聯(lián)跳信號(hào)轉(zhuǎn)換。聯(lián)跳轉(zhuǎn)換只與本所饋線柜間接線有關(guān)，不需要任何外界連線，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

1.6 逆流保護(hù)

在多臺(tái)整流機(jī)組并列運(yùn)行的供電系統(tǒng)中，如果某臺(tái)整流裝置內(nèi)部出現(xiàn)短路故障時(shí)，往往會(huì)造成直流母線向該故障點(diǎn)回饋電流，即形成逆流。逆向電流對(duì)設(shè)備及人員造成嚴(yán)重?fù)p害，使故障擴(kuò)大，甚至爆炸，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)處設(shè)置逆流保護(hù)，當(dāng)通過(guò)直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)的逆向電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，逆流保護(hù)啟動(dòng)，直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，同時(shí)聯(lián)跳整流機(jī)組的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，使該整流機(jī)組退出運(yùn)行。

1.7 框架保護(hù)

直流框架保護(hù)是地鐵供電系統(tǒng)中特有的保護(hù)。由于直流帶電設(shè)備對(duì)直流柜體發(fā)生泄露或絕緣損壞閃絡(luò)時(shí)，原有的直流保護(hù)起不到應(yīng)有作用，所以為保護(hù)直流設(shè)備的安全，及時(shí)切除直流設(shè)備內(nèi)各種短路故障，設(shè)置了直流框架保護(hù)。一旦發(fā)生直流開(kāi)關(guān)帶電設(shè)備對(duì)柜體發(fā)生泄露或絕緣損壞時(shí)，會(huì)使框架保護(hù)動(dòng)作，將造成地鐵牽引供電系統(tǒng)大范圍的停電。

2 對(duì)保護(hù)類型配置的反思

繼電保護(hù)配置類型與地鐵整個(gè)牽引供電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行有著密切的關(guān)系。本文中介紹的這些保護(hù)配置可以滿足繼電保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性的要求，但是仍然可以繼續(xù)提升繼電保護(hù)的技術(shù)水平，比如在地鐵直流饋線保護(hù)中引入電壓型的保護(hù)方案。目前，地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中直流饋線保護(hù)均為電流型保護(hù)。這是因?yàn)楫?dāng)列車經(jīng)過(guò)時(shí)發(fā)生短路故障后，短路點(diǎn)的電壓相對(duì)于大地系統(tǒng)并不是為零，而是有相當(dāng)高的電壓差。這樣設(shè)置在直流饋線的電壓型保護(hù)就會(huì)失靈。所以如何在地鐵直流饋線保護(hù)中引入電壓型保護(hù)方案是我們需要研究的方向。

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