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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除DOI:10.16037/j.1007-869x.2013.03.030 第期研究报告 大连地铁直流牵引供电系统保护配置及整定研究黄海浪（铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处，天津工程师）【精品文档】第 4 页摘 要 针对大连地铁工程直流牵引供电一次系统方案，对直流牵引供电系统的保护配置及原理进行了分析，并给出了 直流进线、直流馈线等保护整定的计算原则，可供类似工程 作参考。关键词 大连地铁；直流牵引供电系统；保护配置中图分类号 ， ， ； ； ， ，直流牵引供电系统作为城市轨道交通的动力之 源，关系着城市轨道交通运营的安全性和可靠性。 本文
2、就直流牵引供电系统保护进行分析研究，并以 大连地铁工程为例进行说明。 大连地铁直流牵引供电系统保护配置原 理及整定大连地铁直流牵引供电一次系统方案如图 所示。大连地铁直流牵引供电系统整流器正极 通过电动隔离开关与直流 母线相连，负 极通过手动隔离开关与负极柜中的负母排连接。 直流 母线采用单母线接线型式。正线每 个牵引变电所设四回 直流馈线。直流馈 线通过快速限流断路器分别接至接触网上、下行 的电动隔离开关上，向左右两方向上、下行接触网供电。图 大连地铁直流牵引供电一次系统方案示意图 直流进线直流进线采用电动隔离开关，仅设置逆流保护。 逆流保护是为防止整流器内部发生短路故障，使进 线电流出现反
3、向（流入整流器方向）而造成整流器内 部元件的损坏。直流进线的逆流保护，是作为整流器内部整流 元件击穿出现逆向电流而快速熔断器因质量问题没 有熔断时的后备保护。因此，逆流保护整定应与整 流器快速熔断器熔断曲线配合，不应先于快速熔断 器动作而造成事故范围的扩大。 直流馈线根据直流系统近、中、远端的短路故障特性，直流馈线主要配置大电流脱扣保护、电流增量保护、电流速断保护、电流上升率保护、定时限过流保护、接触网热过负荷保护等。 大 流脱扣保 大电流脱扣保护为直流断路器自带的固有保 护，它通过断路器内设置的脱扣器实现跳闸，能无延 时快速切除近端金属性短路故障。当 时（式中，为电流量，为时间），断路器分
4、断时间不大于，全分断时间不大于。大电流脱扣保护整定值应大于正常运行情况下 的最大负荷电流。即带电区段内各种工况列车经本研 城市轨道交通究开关的取流应小于近端最大短路电流。 流增量保 电流增量 保护是接触网馈线的主保护，主 要保护范围是接触网距变电所的中、近端，也能切除 不在大电流脱扣保护范围之内的较小的远端短路 故障。电流增量保护以为起动条件，满足起动 条件的电流作为基准点的电流增量。当电流上升率 一直维持在整定值之上，在达到 延时整定 值后，电流增量达到 整定值，保护动作出口。电 流增量保护特性见图所示。图 电流增量保护特性图图中，曲线电流迅速上升到整定值，但 延时整定值未达到，不跳闸。 延
5、时主要是防止因 机车升弓时，车体内电容充放电引起的类似短路故 障电流抬升而导致电流增量保护误动作。 延时 整定值一般设定在。当曲线的电流上升 时间超过 延时整定值，并达到电流增量整定值 时，则出口跳闸。曲线电流上升过程有所中断，中 断时间未达到返回延时值，计算基准点不 变，电流增量达到整定值后跳闸。曲线与曲线 类似，电流上升过程均有中断，但中断时间达到了预 设的返回延时值时，重新计算 ，不跳闸。 返回延时值主要是防止电力机车交替起动 时，电流连续上升造成电流增量保护误动作。 返回延时值一般设定在。整定值应大于线路末端 （越区供电线路末 端）短路时的电流增量，或保证下一供电区间断路器 先动作，以
6、免发生越区跳闸。 流速断保 电流速断保护是变电所中、近端接触网短路故年障的后备保护。电流速断整定值应小于大电流脱扣保护整 定值，且大于 整定值。 流上升率保 电流上升率（）保护是远端线路末端短路 故障的主保护。当检测到超过整定值且延时 内未返回，则保护出口跳闸。的整定值应躲过机车起动的最大电流变 化率曲线，但应尽量小，以便获得最大的保护范围。 还应大于线路末端短路所产生的电流变化率， 即越区供电线路末端短路时，保护仍能可靠地动作。 定 限 流保 定时限过流保护是远端线路末端短路故障的后 备保护，用于检测持续时间较长而又不符合正常运 行情况的电流，并延时跳闸。定时限过电流保护整定值 应小于线路末
7、 端接触网与接地线发生的最小短路电流。其整定值 与延时时长应大于带电区段内各种工况列车经本开 关的取流值。 荷保 热过负荷保护是防止接触网线材、电缆因过负 荷运行而超过其最大允许温度，造成机械强度降低 而导致故障发生。这并非是短路故障的保护。热过负荷保护整定值主要根据接触网线材、电缆的热负荷特性及环境条件，推算出报警和跳闸值。 断路器失灵保 断路器失灵保护用于检测当断路器分闸后是否 真正切断电流。断路器分闸后开始检测电流，如果 电流值大于故障电流整定值，在经过可整定的延时 时间后，联跳上一级断路器（中压馈线断路器）。另外，每次直流断路器合闸时，可以选设电压相 关闭锁功能，当断路器合于已带电的线
8、路时（如双边 供电线路，对侧断路器已合闸），负荷电流将重新分 配。可能在断路器回路上产生类似短路工况下的电 流曲线，导致中、近端保护的误动作。如果选择电压 相关闭锁，则在断路器合闸后的内将禁止所 有保护动作，以避免误动作。 负极柜负极柜设置了框架保护，是为切除直流设备正 极对机柜外壳（与大地相连）发生短路故障或接触网 对架空地线发生短路故障而设置的保护装置。负极 柜框架保护分为电流型框架保护和电压型框架保 护，其原理见图。电流型框架保护测量框架对地 电流，具有很强的可靠性和选择性；电压型框架保护第期研究报告 测量负极对设备框架（地）间的电压。根据国内已运 营的城市轨道交通工程经验，电流型框架保
9、护和电 压型框架保护动作范围有所区别：电流型框架保护 联跳相邻站的相关直流馈线断路器，并闭锁其自动 重合闸；电压型框架保护只跳本所而不联跳相邻变 电所馈线断路器。图 负极柜框架保护原理图从保护人身安全和减小故障影响范围考虑，电 压型框架保护曲线与钢轨电位限制装置的段电压 整定值需要相互配合。钢轨电位限制装置第段保 护动作时，电压型框架保护处于报警阶段；第、段 保护动作时，电压型框架保护与钢轨电位限制装置 同时启动，钢轨电位限制装置保护应早于电压型框 架保护。如果钢轨电位升高是由于正常运行 或牵引变电所外故障产生，则此时框架保护可自动 返回；如果是由于牵引变电所内故障，则电压型框架 保护出口跳闸
10、。 钢轨电位限制装置钢轨电位限制装置是为保障乘客和运营维护人 员的安全，而在钢轨和大地之间设置的保护装置。由于钢轨对地绝缘安装，有时对地会存在高电 位，而列车与钢轨之间是等电位的。乘客有可能通 过列车车体接触到这一高电位。特别是在站台上安 装了站台屏蔽门之后，由于站台屏蔽门直接与钢轨 连接，更增加了乘客接触钢轨高电位的机会。为了 保障乘客安全，在负母排（或钢轨）与地之间安装了 钢轨电位限制装置。钢轨电位限制装置根据人体耐受电压时间特性 曲线（欧洲标准 ），设置段电压动作 保护。当钢轨与地之间的电压大于 时，接触器 延时合闸；当钢轨与地之间的电压大于 时，接触器内（无延时）合闸；当钢轨与地之 间
11、的电压大于 时，晶闸管在内导通，加速钢轨与地之间的短接。 保护联跳保护联跳是某装置检测到故障后，在故障扩大 之前，需要其他相关开关配合以迅速切除故障的一 种保护功能。城市轨道交通工程根据一次系统中元 件配置的不同，联跳关系也不尽相同。整流器正极 与直流母线通过电动隔离开关相连，主要有以下几 种联跳关系。）双边联跳：本变电所直流馈线检测到接触网 故障后先行跳开，发送联跳脉冲至相邻变电所，要求 对应的馈线跳开以彻底切除故障。）框架保护联跳：本变电所框架装置检测故障 后跳开本所的高压馈线开关及直流馈线开关，并联 跳相邻变电所的对应直流馈线开关。）逆流保护（整流器故障）联跳：检测逆流故障 后，跳开本变
12、电所的高压馈线开关及直流馈线开关。 结语大连地铁工程按照本文所述原则进行直流牵引 系统的保护配置及整定，并进行了实际应用。其主 要项目的整定值见表。表 主要保护项目整定值保护种类整定项目整定值逆流保护电流大电流脱扣保护电流 电流增量保护返回时间 延时电流速断保护 延时电流上升率保护 延时定时限过流保护 延时城市轨道交通工程直流牵引供电系统各保护配 置及整定由于受实际运营、线路及列车等因素影响， 保护的配置及整定值除了理论计算外，还必须经过 相应的现场试验验证后再确定。本文所述直流牵引系统的保护配置及整定方 法，总结、归纳了国内城市轨道交通工程的实践经 验，可供类似工程设计作参考。当然，本文所提
13、出的 大连地铁直流牵引系统的保护配置及相应的整定值 还有待于运营实践的检验。研 城市轨道交通究参考文献 于松伟，杨兴山城市轨道交通供电系统设计原理与应用成都：西南交通大学出版社， 王靖满，黄书明城市轨道交通供电系统技术 上海：上海 科学普及出版社， 何宗华城市轨道交通工程设计指南北京：中国建筑工业 出版社， 轨道交通地面装置直流开关设备年 董斌地铁直流牵引供电系统中的 和 保护 机车 电传动，（）： 丁丽娜，韩红彬地铁直流牵引供电系统馈线保护方法研究现代电子技术，（）： 朱金龙城市轨道交通直流牵引供电整流机组不必设置逆流 保护城市轨道交通研究，（）： 丘玉蓉，田胜利地铁直流 开关柜框架泄漏保护
14、探讨电力系统自动化，（）：（收稿日期：）（上接第页）性要求，符合标准的各项指标，说明软件具有良好的 性能。本文设计的错误检测码已经运用到 系 统的开发中，对今后 安全平台中错误检测码 的广泛应用和进一步研究具有一定的实用价值和参 考意义。参考文献 ： 郜春海，唐涛，燕飞基于 铁路标准的列车自动防 护系统车载设备研究与设计铁道学报，（）： 曹雪虹，张宗橙信息论与编码 北 京：清 华 大 学 出 版 社，（收稿日期：）（上接第页）图 电机的转矩曲线制具有结构简单、易于实现、响应快速、对电机参数 变化不敏感等优点。采用滞环控制器使得圆形磁链 幅值能够保持恒定且可使转矩脉动小，调速可靠。通过仿真可知，
15、此直接转矩控制模型可行、正确，证明了直接转矩控制在交流牵引技术中具有一 定的实用性和先进性，也是未来交流牵引控制技术 中可行的方案之一。参考文献 尔桂花，窦曰轩运动控制系统 北 京：清 华 大 学 出 版 社， 高景德，王祥珩，李发海交流电机及其系统的分析 版 北京：清华大学出版社， 洪乃刚电力电子和电力拖动控制系统的 仿真北京：机械工业出版社， 徐国卿城市轨道车辆电力传动上海：上海科学技术出版 社， 陈少航，李 山，刘 述 喜，等异 步 电 动 机 直 接 转 矩 控 制 的仿真重庆工学院学报，（）： 谢维达电力牵引与控制北京：中国铁道出版社， 阮毅，陈维 均运 动 控 制 系 统 北 京：清 华 大 学 出 版社，（收稿日期：）