地鐵直流1500v供電系統(tǒng)保護

1、摘要：本文以直流1500V雙邊供電的牽引變電所為例，介紹了地鐵直流牽引變電所內(nèi)各開關(guān)柜的保護配置，并詳細闡述了主要保護的原理，如大電流脫扣保護、電流上升率保護、定時限過流保護、低電壓保護、雙邊聯(lián)跳保護、接觸網(wǎng)熱過負荷保護、框架保護等。最后，對于目前的保護原理中存在的不足之處，本文也做了分析，如多輛列車短時間內(nèi)相繼啟動可能會造成保護誤動，小電流（尤其是有電弧的情況）短路故障與正常運行電流的區(qū)分，以及框架保護的選擇性問題。關(guān)鍵詞：地鐵直流保

2、護0引言引言在我國，地鐵是城市公共交通的重點發(fā)展方向，設(shè)備國產(chǎn)化又是發(fā)展的主要原則。在地鐵直流供電繼電保護領(lǐng)域內(nèi)，國產(chǎn)保護設(shè)備還處于起步階段，目前，國內(nèi)主要城市的地鐵直流保護設(shè)備均來自國外，例如廣州地鐵二號線選用的是德國Siemens公司的DPU96，武漢輕軌選用的是瑞士sechron公司的SEPCOS。通過對部分國外產(chǎn)品的研究，筆者認為，直流保護設(shè)備的原理并不是十分復(fù)雜，功能實現(xiàn)在理論上也沒有任何障礙，希望通過本文的拋磚引玉，在將來的

3、不久，能夠看到國產(chǎn)的直流保護設(shè)備在我國甚至國際市場成為主流。1一次系統(tǒng)簡介一次系統(tǒng)簡介圖1顯示了一個典型的牽引變電所的電氣主接線圖，該所將主變電所來的交流高電壓（典型值：33kV）經(jīng)整流機組（包括變壓器及整流器）降壓、整流為直流1500V，再經(jīng)直流開關(guān)柜向接觸網(wǎng)供電。我國上海和廣州地鐵的直流牽引供電系統(tǒng)均是如此，北京地鐵采用的是第三軌受流器（上海和廣州地鐵則是架空接觸網(wǎng)），其饋電電壓為750V。由于750V饋電電壓供電距離短、雜散電流大

4、，現(xiàn)在多采用1500V。圖2顯示的是采用雙邊供電的上行接觸網(wǎng)的分區(qū)段示意圖（下行亦相同），一個供電區(qū)由相鄰的2個牽引變電所同時供電，這種雙邊供電的方式提高了供電的可靠性，同時分區(qū)段的方式使故障被隔離在某個區(qū)段以內(nèi)，而不致影響其它供電區(qū)段，因而被廣泛采用。本文中所討論的保護原理均基于1500V架空接觸網(wǎng)雙邊供電方式。圖1典型牽引變電所電氣主接線參考圖b逆流保護（reversecurrentprotection）。C負極柜：a框架保護（fr

5、amefaultprotection）。D.軌道電壓限制裝置a.軌道電壓限制保護3主要保護的原理主要保護的原理牽引變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)的故障形式主要有：短路故障，過負荷故障，過壓故障等等，最常見的也是危害最大的是短路故障。從本質(zhì)上講，短路故障有兩種類型，一種是正極對負極短路，另一種是正極對大地短路。所內(nèi)配置的多數(shù)保護都是為了切除前一種故障，框架保護則是為了切除后一種故障。對于前一種故障，多數(shù)是由于架空接觸網(wǎng)對鋼軌短路所引起的，短路點離牽引

6、變電所的距離決定了短路電流的大小。遠端短路故障電流的峰值與列車啟動時的電流峰值相近，甚至小于該電流，所以，遠端短路故障電流與列車啟動電流的區(qū)分，是牽引變電所直流保護的難點。另外，列車受電弓過接觸網(wǎng)分段時，也會有一個峰值較高的電流出現(xiàn)。圖3是典型的近、遠端故障電流與列車受電弓過接觸網(wǎng)分段時的電流時間特性示意圖。以下介紹牽引變電所內(nèi)的主要的直流保護的工作原理：3.13.1大電流脫扣保護大電流脫扣保護主保護，與交流保護中的速斷保護類似，用以快

7、速切除金屬性近端短路故障。這種保護是直流斷路器內(nèi)設(shè)置的固有保護，沒有延時性，它通過斷路器內(nèi)設(shè)置的脫扣器實現(xiàn)。當通過斷路器的電流超過整定值時，脫扣器馬上動作，使斷路器跳閘。一般來說，該保護的整定值要通過計算和短路試驗得出，整定值要比最大負荷下列車正常啟動的電流大，也要比最大短路電流小。3.23.2電流上升率保護電流上升率保護廣泛使用的中遠端短路主保護，它在多數(shù)情況下能正確區(qū)分列車正常運行電流和中遠端短路電流，主要用于切除大電流脫扣保護不能