四號線DC1500V開關(guān)保護(hù)定值匹配淺析

蔣小聰 曾玉晶 肖德將

摘要：四號線開通運(yùn)營至今已將近10年，投入運(yùn)行的車輛由最初的2列增加到現(xiàn)在的大小交路的23列（16+7），乘客也由寥寥可數(shù)到目前需要在新造—黃村段開行小交路才能有效疏導(dǎo)局部大客流。隨著牽引負(fù)荷的增大，DC1 500 V開關(guān)柜電流也在增加，特別是線網(wǎng)發(fā)生過多次DC1 500 V開關(guān)因保護(hù)定值與負(fù)荷不匹配誤跳閘事件，故有必要對四號線DC1 500 V開關(guān)柜保護(hù)定值匹配性進(jìn)行分析。現(xiàn)從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)入手，結(jié)合保護(hù)整定值，分析定值匹配情況，提出了確保DC1 500 V開關(guān)可靠安全供電的建議，為四號線地鐵供電系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：DC1 500 V開關(guān);運(yùn)行;保護(hù)定值;匹配

0? ? 引言

在地鐵供電系統(tǒng)中，牽引負(fù)荷與上線列車及乘客數(shù)量有關(guān)，也與列車行駛狀態(tài)（如提速、上坡）及切換接觸軌絕緣分段等有關(guān)，故波動較大。需要注意的是，開關(guān)柜電流整定值應(yīng)小于線路末端接觸網(wǎng)對地短路時(shí)的最小短路電流，同時(shí)需大于列車正常運(yùn)行時(shí)的電流和時(shí)間（在線路的末端開關(guān)柜，因單邊供電，需適當(dāng)增大）;過負(fù)荷保護(hù)定值以躲過線路上最大負(fù)荷為整定原則。

隨著四號線客流及上線列車的增多、負(fù)荷的增大，需對四號線DC1 500 V開關(guān)柜保護(hù)定值匹配進(jìn)行分析。

1? ? 過流、過負(fù)荷保護(hù)匹配分析

四號線目前黃村—新造段最小行車間隔較短，負(fù)荷電流最大值將出現(xiàn)在此區(qū)段，本文主要對此段站點(diǎn)的開關(guān)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

高峰期運(yùn)行時(shí)饋線開關(guān)負(fù)荷電流：高峰期檢測到最大運(yùn)行電流約為2 200 A。

列車重載電流：如圖1所示，四號線列車單列車重載啟動電流最大為2 200 A，且列車在16 s內(nèi)達(dá)到速度最大值。

2? ? Imax+保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù)整定匹配分析

2.1? ? 安全性分析

由表1得四號線Imax+過電流整定值為4 500 A，延時(shí)整定為30 s。由前文可知，現(xiàn)階段四號線饋線開關(guān)電流值最大在2 200 A左右，小于整定值4 500 A，符合現(xiàn)運(yùn)行要求。但在故障情況下（合上越區(qū)隔離開關(guān)進(jìn)行單邊供電），按照區(qū)間內(nèi)3臺列車重載全速啟動，此時(shí)的饋線開關(guān)電流達(dá)到2 200×3=6 600 A，大于保護(hù)定值4 500 A，但重載列車能在16 s內(nèi)達(dá)到速度最大值，小于Imax+保護(hù)的延時(shí)整定30 s，故可躲開列車取流最大值，避免開關(guān)的誤動作，符合安全性要求。

2.2? ? 可靠性分析

Imax+保護(hù)整定原則是躲過線路最大負(fù)荷電流，在發(fā)生線路遠(yuǎn)端短路時(shí)，可靠跳閘切除故障回路?？紤]四號線最長供電臂合上一個(gè)越區(qū)隔離開關(guān)進(jìn)行單邊供電的情況（只有慶盛—蕉門段，長度約為9 km），用簡化的經(jīng)驗(yàn)公式對遠(yuǎn)端短路電流進(jìn)行計(jì)算（圖2）。

慶盛單邊對蕉門方向供電情況下，蕉門末端短路時(shí)，慶盛（虛線框）和東涌（實(shí)線框）同時(shí)對短路點(diǎn)供電。為了簡單、直觀地計(jì)算短路電流，僅考慮慶盛牽引所對故障點(diǎn)進(jìn)行供電。

（1）考慮上下行鋼軌設(shè)均流電纜，4條鋼軌并聯(lián)回流：

式中，Kr為內(nèi)阻系數(shù)，短路點(diǎn)離牽引所>400 m，Kr取1;ud為牽引變壓器短路阻抗比;UN為直流側(cè)額定電壓;0.9為牽混所變壓器與整流器匹配系數(shù);n為牽引整流機(jī)組數(shù);ST為變壓器容量。

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.09）≈7 395 A

式中，U為牽引變電所母線電壓;R1為接觸軌電阻，R1=0.072 83 Ω;R2為鋼軌電阻，R2=0.09 Ω。

（2）考慮上下行鋼軌設(shè)置的均流電纜失效情況下，僅有2條鋼軌并聯(lián)：

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.18）≈5 122 A

遠(yuǎn)端短路故障的電流最小值為5 122 A，大于4 500 A保護(hù)整定值，故目前四號線Imax+定值能在遠(yuǎn)端短路故障時(shí)可靠動作。

2.3? ? 過負(fù)荷分析

過負(fù)荷整定為2 900 A，延時(shí)30 min，其熱量計(jì)算公式如下：

式中，τ為時(shí)間常數(shù)。

設(shè)置θt0=80%為報(bào)警門限，當(dāng)θt達(dá)到此值時(shí)，Sepcos發(fā)報(bào)警信號。如負(fù)荷繼續(xù)增加到θt≥101%，保護(hù)裝置發(fā)跳閘信號使斷路器分閘。

觀測了全線的饋線開關(guān)Sepcos裝置，現(xiàn)階段θt處于5%至12%的范圍，故目前過負(fù)荷整定值符合安全可靠運(yùn)行要求。

3? ? 結(jié)語

綜上，四號線DC1 500 V開關(guān)柜整定值與現(xiàn)階段列車上線數(shù)量、牽引取流等匹配良好，保護(hù)誤動作概率非常小;保護(hù)整定保護(hù)范圍廣，能有效切除遠(yuǎn)端線路故障，安全、可靠性高。

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收稿日期：2020-04-30

作者簡介：蔣小聰（1981—），男，廣東湛江人，城市軌道交通供電助理工程師，研究方向：城市軌道交通供電。