地鐵牽引供電系統(tǒng)保護(1)

1、地鐵牽引供電系統(tǒng)保護地鐵牽引供電系統(tǒng)保護(1)(1)【摘要】作者根據(jù)自己的實踐經(jīng)驗，提出牽引變電所兩種不可或缺的保護：牽引變電所內部聯(lián)跳、因饋線開關沒有遠后備保護，故應設開關失靈拒動保護。迅速切斷電源是一切繼電保護的最終目的，直流電路尤其如此。為迅速切斷電源，在短路電流上升過程中將其遮斷，是直流保護應當遵循的基本原則。文中分析了三種保護上“死區(qū)”形成的原因，為使饋線開關保護更加完善，直流饋線應設開關失靈拒動保護，以使列車運行更加安全。網(wǎng)【關鍵詞】牽引變電所內部聯(lián)跳饋線開關開關失靈拒動短路電流死區(qū)。網(wǎng)【Abstract】Based on authers working experience in

2、 metroprojects, put forward two kinds of protection method which areabsolutely necessarily for the traction substation, the inter-tripping of breaker and the breaker failure and tripping disabledprotection, because no remote standby protection is installed in feedbreaker. Cutting off the power suppl

3、y immediately is the final aim ofall relay protection, especially for the DC system. In order to cutoff the power quickly, the principle that the short-circuit currentshould be cut off in its rise process should be followed in theprotection of DC system. Three causations which lead to the skip areao

4、f protection is analyzed. In order to make the protection of feederbreaker perfect much more, The trip disable protection for failure ofbreaker should be installed in feed breaker of DC system to insurethe safety of the train operation.網(wǎng)【Key words】traction substation, inter-tripping, feed breaker,th

5、e breaker failure and tripping disabled, short circuit current,skip area 網(wǎng)一、概述地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護,可以分為兩部分:牽引整流機組保護和直流饋線保護。牽引供電系統(tǒng)保護的最大特點就是系統(tǒng)的“多電源”和保護的“多死區(qū)”。所謂多電源, 既當牽引網(wǎng)發(fā)生短路時, 并非僅雙邊供電兩側的牽引變電所向短路點供電, 而是全線的牽引變電所皆通過牽引網(wǎng)向短路點供電。所謂多死區(qū), 是因牽引供電系統(tǒng)本身構成的特點和保護對象的特殊性而形成保護上的“死區(qū)”。任何保護的最基本要求就是當發(fā)生短路故障時, 首先要迅速“切斷電源”、“消除死區(qū)”, 針

6、對這兩點, 牽引供電系統(tǒng)除交流系統(tǒng)常用的保護外, 還設置了牽引變電所內部聯(lián)跳、牽引網(wǎng)雙邊聯(lián)跳、di/dt I 等特殊保護措施, 這就可以完全滿足牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障時切斷電源、消除死區(qū)的要求。對任何供電系統(tǒng)的繼電保護而言, 可靠性總是第一位的, 而對直流牽引供電系統(tǒng), 速動性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流側保護皆采用毫秒級的電器保護設備, 如直流快速斷路器、di/dt I保護等, 目的就是在直流短路電流上升過程中將其遮斷, 不允許短路電流到達穩(wěn)態(tài)值。至于選擇性, 在直流牽引供電系統(tǒng)中則處于次要位置, 其保護的設置應是“寧可誤動作, 不可不動作”。 誤動作可以用自動重合閘進行矯正; 不

7、動作則很可怕, 因為牽引供電系統(tǒng)短路時產(chǎn)生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長時間維持燃燒而不熄滅; 而交流電弧則不同, 其電壓可以過零而自動熄滅。關于地鐵牽引供電系統(tǒng)的常用保護，已為業(yè)內人士所熟知，這里不再多作介紹。下面談一下容易被人忽視的兩種保護。二、引變電所內部聯(lián)跳保護牽引變電所內部聯(lián)跳的定義：當發(fā)生短路故障引起兩臺整流機組直流引入斷路器或交流斷路器同時跳閘時，應迅速跳掉全部直流饋線斷路器，以及時切斷電源。見圖（01）網(wǎng)當牽引變電所內部發(fā)生短路時，如 K2 點短路，則流向短路點的短路電流有 6 路，兩臺整流機組 2 路：IK1 、IK2 ，相鄰牽引變電所通過 4 路饋線開關流向短路

8、點的有 4 路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉兩臺整流機組的直流開關或交流開關是不夠的（只切斷 IK1 、IK2 ），相鄰牽引變電所仍會通過牽引網(wǎng)繼續(xù)向短路點供電（ IK3、IK4 、IK5 、IKy），因此必須跳掉直流母線上所有開關，以切斷電源，實現(xiàn)牽引變電所內部聯(lián)跳；當牽引變電所外部發(fā)生短路時，如 K1 點短路，則流經(jīng) DS6 開關的短路電流有 5 路，兩臺整流機組 2 路： IK1 、IK2，相鄰牽引變電所通過 3 路饋線流經(jīng) DS6 開關的短路電流有 3 路： IK3、IK4 、IK5，此時若饋線開關 DS6拒動，而又沒有遠后備保護，此時只能通過牽引變電所內部聯(lián)跳及時

9、切斷電源。牽引變電所內部聯(lián)跳的保護范圍：無論是牽引變電所內部短路還是外部短路，凡引起兩臺整流機組同時跳閘的故障均應實行牽引變電所內部聯(lián)跳。由圖 01 可以看出, 流經(jīng)饋線開關 DS6 的短路電流 IKZ 是由IK1IK55 個短路電流組成的, 這就說明, 如果饋線開關 DS6 失靈拒動, 要切斷短路點的電源, 只跳掉 DS1、DS2 是不夠的, 還要跳掉 DS3、DS4、DS5 等 5 路開關, 即必須跳掉牽引變電所直流母線上的所有開關。牽引變電所內部聯(lián)跳保護, 就是為當發(fā)生短路故障時, 迅速切斷電源的一種保護措施。如發(fā)生一路饋線開關失靈拒動或兩臺整流機組直流側兩路開關同時跳閘(或兩路交流中壓

10、開關同時跳閘),為迅速切斷電源, 都必須實行變電所內部聯(lián)跳, 既跳掉直流母線上的所有開關, 否則不能切斷電源, 如圖(01)所示。網(wǎng)圖中K1 (牽引變電所外部短路)和 K2 (牽引變電所內部短路)點短路時, 如果 DS1 、DS2 兩臺直流斷路器或 DL1 、DL2 兩臺交流斷路器同時動作, 則必須實行變電所內部聯(lián)跳, 跳掉所有直流饋線斷路器。即跳掉 DS3、DS4、DS5 等饋線開關, 否則不能切斷電源, 相鄰牽引變電所繼續(xù)向短路點供電。三、直流饋線開關失靈拒動保護目前國內地鐵直流饋線開關設置了多種保護和自動裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護：開關失靈拒動保護。當開關失靈拒動時，開

11、關本身設置的所有保護均失效，而饋線開關又沒有遠后備保護,這是直流饋線保護的“軟肋”。眾所周知，從牽引變電所的主接線上看，直流饋線開關沒有遠后備保護設備，這是由地鐵供電網(wǎng)絡的構成特點所決定的。在直流母線上共設置 6 路開關：2 路直流引入開關、4 路饋線開關，見圖（01）。從電源角度講，每路饋線開關的上一級有 5 路電源開關，這和交流電路不一樣，交流電路上一級只有一路開關，所以當下一級開關失靈拒動時，上一級開關可以作為它的遠后備保護。直流則不然，它的上級 5 路開關都不是它的遠后備保護設備。從圖（01）中可以看出，當 K1 點發(fā)生短路時，如為變電所出口短路，饋線開關失靈拒動可能引起 2 路直流引

12、入線開關跳閘，引起變電所聯(lián)跳，及時切斷 5路電源。如果發(fā)生遠端短路，饋線開關失靈拒動就非常危險，此時將有 5 路短路電流 IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5持續(xù)不斷流入短路點，短路點的直流電弧將燒毀一切，對于運行的電動車輛，尤其危險，對人身安全造成極大的危害。其實，解決這一問題并不需要什么高深技術和增加投資，直流電路保護的最大特點就是一個字：“快”，迅速切斷所有電源的唯一可靠的辦法就是通過牽引變電所內部聯(lián)跳，迅速切斷電源。判斷饋線開關失靈拒動有兩個條件：1 di/dtI / t 動作；2 經(jīng)一定的時限饋線開關不動作（開關輔助常開接點仍處于合閘位置）。將上兩個條件組成“與”電路，即 d

13、i/dtI / t 動作信號、經(jīng)一定可調整的延時（30100ms），而開關輔助常開接點仍處于合閘位置，既判斷為開關失靈拒動。應及時實現(xiàn)牽引變電所內部聯(lián)跳，切斷短路點的電源。牽引變電所內部聯(lián)跳、饋線開關失靈拒動兩種保護，希望能引起業(yè)內人士的重視。三、直流饋線保護的死區(qū)直流饋線保護, 在牽引供電系統(tǒng)中是最重要的保護, 這是由它的供電方式和供電對象的特點決定的。因供電方式不同而形成保護上的不同的“死區(qū)”; 因供電的對象是隨時變化并移動的負荷, 還需要在保護上進行配合, 這就形成了保護上的特殊要求。直流饋線保護首先是以保障列車的正常運行、保護旅客的人身安全為第一要素。1.死區(qū)的形成因供電方式的不同,

14、保護設置不同, 形成保護上的死區(qū)也不同, 單邊供電死區(qū)發(fā)生在供電區(qū)段的末端附近; 大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在供電區(qū)段的中點附近, 運行列車主保護不能斷弧時死區(qū)發(fā)生在電動車輛的上，可以發(fā)生在列車運行區(qū)間的任何位置。死區(qū)的大小和供電方式、供電距離、保護措施有密切的關系, 采取適當?shù)墓╇姺绞胶捅Ｗo裝置, 死區(qū)是完全可以消除的。 單邊供電死區(qū)發(fā)生在末端死區(qū)的大小, 取決于開關整定值的大小和供電距離的大小, 當只靠開關本身整定值保護時，形成死區(qū)的范圍見圖(02)。由圖 02 可見, 單邊供電時, 開關整定值越大, 死區(qū)越大; 供電距離越長, 死區(qū)也越大, 圖中 Izd 為饋線開關整定值。1.2Izd 是考慮開

15、關整定值有 10%的誤差時確定保護死區(qū)的范圍。 大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在中點附近如果只靠開關的大電流速斷保護, 死區(qū)會出現(xiàn)在兩端變電所的附近,這里所說大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在中點是指饋線保護設置了雙邊聯(lián)跳裝置以后形成的死區(qū)。正常雙邊供電是不會形成死區(qū)的, 因為區(qū)間任何一點發(fā)生短路, 都可以使一端開關跳閘, 并使另一端開關聯(lián)跳。而采用大雙邊供電時, 在供電區(qū)的中點附近可能出現(xiàn)死區(qū), 見圖(03)。網(wǎng)網(wǎng)圖中 Izd 為饋線開關整定值。 列車主保護不能斷弧形成的死區(qū)這一死區(qū)發(fā)生在車上, 范圍在整個供電區(qū)間都可能發(fā)生, 直接威脅旅客的生命安全, 非常可怕。要求變電所的饋線保護和車輛的主保護要相互配合和協(xié)調。牽引變電所保護和地鐵車輛的