摘要：地铁直流牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的重要组成部分，在地铁运行中，很有可能出现各种故障及运行不良的情况，最为常见的就是不同性质的短路。被保护线路一旦出现短路，电压就会下降以及电流量上升，根据此特征，可进行响应的保护措施。本文简单分析了地铁牵引供电系统及馈线保护特点以及保护技术。
关键词：地铁；直流牵引供电系统；馈线保护；技术
引言
地铁因其无污染和节省土地等等的优点逐渐为广大中大型城市接受，并且成为了解决当下城市交通运输拥挤的最佳方案。地铁直流牵引供电系统是城轨系统的重要组成部分，直流供电的保护与控制是整个直流牵引供电系统的核心技术，在保证地铁的稳定运行方面起着重要作用。因直流开关研发费用偏高，试验及运行考核相对严格，而且使用数量一般，其国产化的速度比较缓慢，地铁直流牵引供电系统中的核心部分就是直流供电控制及保护，提升馈线保护的能力，可为我国地铁长远发展提供技术支持。因此，馈线保护是地铁直流牵引供电系统中重要的构成部分，是保证直流牵引供电系统可靠性及安全性的重要因素，铁路部门需要结合地铁运行的实际情况加强直流牵引供电系统馈线保护技术的研究与应用。
在我国现今社会中，人们的出行越来越依靠城市轨道交通，其也正式成为了人们出行的一种主要方式。而在轨道交通中，其供电系统中馈线保护装置的合理性、安全性将直接对轨道的安全运行产生重要的影响。其能够有效的防止列车在运行过程中出现过负荷以及短路的问题发生，并在列车发生故障时及时的对故障切除，从而对旅客、列车的安全进行保证。这就使得对直流馈线保护的应用成为了人们最需要关注的问题。
1地铁牵引供电系统馈线保护特点
第一，一般来说，与地铁列车起动时的电流变化率持续时间相比较，中远端短路电流变化率的持续时间较长；第二，与地铁列车起动的瞬时跳跃量相比较，末端短路电流的瞬时跳跃量较高，而当线路延长时情况可能相反；第三，相比较负荷电流变化率，通常短路电流的变化率要高，而远端短路电流变化率同地铁起动的最高电流变化率相一致，且当直流馈线不断延长时，末端故障电流变化率可能要低于负荷电流变化率；第四，若车流密度及直流馈线距离达到一定值时，最高负荷电流可能会高于或等于末端短路电流；第五，地铁直流牵引供电系统馈线瞬时故障短路电流及列车起动电流都可以模拟为指数函数。
2.城市轨道交通供电系统模型
在轨道交通中，其主要以直流牵引的方式进行供电。而这种供电系统也就是相当于一个串联电路：
当图1中开关进行闭合时，就能够对牵引网短路现象进行模拟。同时，电路出现短路问题的方式有很多种，比如电弧短路、金属性短路以及接地短路等等。而一旦在轨道电路中出现了短路现象，那么其数学模型则为：
在上式中，E代表额定电压；i代表供电网的短路电流；L代表等效电感；R代表电阻；uh代表短路位置的电弧压降；由于短路位置的电弧压降同电流的大小没有直接的联系，当我们将电弧中压降设为uh0时、电弧的长度为lh时，那么则有：
由上式我们可以看出，当发生短路故障时，那么此时的电流上升率最高。但是随着时间的推移，这个上升率也会逐渐衰减至0。同时，我们也可以看出线路电感同上升率之间存在着反比的关系，这也就说明了发生短路的位置越靠近接触网末端，那么其上升率也就越小。
3地铁直流牵引供电系统馈线保护技术
3.1大电流脱扣保护
大电流脱扣保护是高速直流断路器本体（又称直流快速开关）自带保护，用于快速切断近端短路故障和正负极之间金属性短路故障等大电流故障。大的短路电流会对线路和设备造成严重损坏，故一旦通过断路器的电流值超过大电流脱扣保护的整定值，断路器即无延迟跳闸，其固有动作时间仅为几毫秒。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该保护一般作为近段短路故障主保护，对于反向电流同样起作用。动作电流Idz的整定：Idz=kldmin，式中，K为可靠系数，一般取1.5左右，ldmin为最小的短路电流值。
3.2接触网过热负荷保护
接触网过热负荷保护是电流上升率保护辅助保护。直流线路负荷超载，即便未发生短路，温度也会升高，电流虽不大，但是存储的热量越来越大，易造成设备损坏。工作的原理是将接触网各参数作为参考依据，计算接触网发热量，通过对接触网热负荷特性、空气比热及通风条件等影响因素的分析，利用公式进行接触网电缆温度的计算。如果监测结果为电缆温度超出整定值，将立即报警，跳闸指令马上发出，以此实现接触网保护，进而保护整个线路。
3.3电流增量保护与电流上升率保护
电流增量保护与电流上升率保护的动作原理为：在直流系统正常工作中，保护装置对电流上升率进行实时监测，若电流上升率在既定时间内比保护整定的电流上升率高时，则电流上升率保护动作，进入延时阶段；如果在延时阶段内电流的上升率始终比保护设定值高，则启动保护动作；若在延时阶段内，电流的上升率恢复到保护设定值范围内，则保护返回。在电流上升率保护动作开始时，电流增量保护也会进入保护延时阶段，且保护以继电器启动时刻的电流为基线对相对电流增量进行计算。当电流上升率始终高于保护设定值时，当满足电流增量保护延时值时，电流增量同时也会高于保护设定值，此时电流增量保护动作。
3.4自动重合闸
直流系统短路故障发生时，保护装置进行保护，短路故障排除之后，需将断路器重新合闸，方能使系统运行恢复正常，自动重合闸是实现这一动作的理想保护装置。动作原理是直流牵引网瞬间事故排除后，实现断路器闸的重新闭合，提升系统供电恢复的时效性及可靠性。此外，还需保证自动重合闸自身没有故障，防止重合闸因为短路次数进行多次分合闸后降低使用的寿命，亦或是导致断路器主触头的损坏，故此，需在重合闸之前进行故障线路的检测，确保故障排除后进行重合闸动作。
3.5定时限过流保护
此保护为后备保护方法，主要是切除远端短路故障。动作完成需十几秒到几十秒，故此，切除故障有延时性。设置启动保护值时，通常分为正方向设定值及反方向设定值。为了保证接触网供电的可靠性及安全性，地铁供电系统中还设置了双边联跳保护，以此保证了故障状态下，相邻变电所跳闸的可靠性。通常情况，由两个相邻的牵引变电所一同向接触网供电。若出现故障，保护动作信号由保护单元检测到，进而利用硬结点发送跳闸信号至相邻变电所的直流开关，使直流开关实现跳闸动作。
结束语
总而言之，随着我国城市化进程的不断深入，地铁行业发展迅速，直流牵引供电系统应用愈加广泛。地铁直流牵引供电系统是地铁运行的重要电能支持系统，通过馈线保护方法的研究和应用，能够准确、迅速的对故障进行切除，提升馈线保护的能力，保障了列车的安全、稳定运行，促进我国铁路事业长远发展。
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论文作者:李玉宝
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/20
标签：电流论文; 供电系统论文; 地铁论文; 故障论文; 馈线论文; 动作论文; 设定值论文; 《基层建设》2017年第22期论文;