何俊文
中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063
摘要：在地铁运行中，直流牵引供电系统的安全运行直接关系到地铁列车的正常运行。直流牵引供电系统继电保护方案，对直流供电系统的安全运行，起着非常重要的作用。本文针对直流牵引供电系统继电保护的配置及整定，结合相关实例进行了一定的分析和研究。
关键词：直流牵引；供电系统；继电保护配置；整定
1 引言
截至2014年底，我国累计有22个城市建成投运城轨线路101条，运营线路长度3155公里。在地铁运行中，直流牵引供电系统的安全运行直接关系到地铁列车的正常运行，与轨道交通的日常运营联系紧密。在地铁直流牵引供电系统运行过程中，直流保护是非常重要的一项工作内容，对供电系统运行的可靠性以及安全性具有重要的保障作用。由于直流牵引供电系统自身的特点，使得直流保护整定计算具有较为困难及复杂的特点。对此，本文结合直流供电系统继电保护装置的配置功能，对牵引供电系统继电保护整定进行分析与研究，并结合工程实例进行整定计算及试验验证。
2 直流牵引供电系统保护配置与整定计算
轨道交通牵引供电系统的运行方式一般可以分为双边供电、单边供电以及大双边供电三种。如果在系统运行过程中接触网（轨）发生了故障，不仅同短路点距离较近的变电所会向发生短路位置的故障点进行供电，整个线路的变电所都会共同向其进行供电。对此，在对直流牵引供电系统保护进行计算时则不能仅仅使用普通的保护计算方式，而需要在充分联系直流牵引供电特点的基础上开展整定计算。
2.1 直流馈线保护
本文针对某一运营的地铁线路进行分析，该工程直流开关柜装备了某型号直流馈线保护装置，开关本身具有本体保护功能，保护装置具有大电流脱扣保护、di/dt、定时限过流保护、热过负荷保护以及双边连跳保护等。
2.1.1 直流高速开关本体保护
在直流高速开关本体方面，其所使用的UR40断路器自身所具有保护功能并不具有延时性，其固定分闸时间为4ms，能够较为快速的对发生在近端的金属性短路故障进行切除，并能够通过其自身所具有的脱扣器实现跳闸。其整定范围大于最大负荷的正常启动电流，其值同近端最大保护电流相比则较小。在同机车保护配合应用之后，则能够有效的躲过机车断路器所具有的电流脱扣保护。在以单边方式进行供电时，其能够以较为可靠的方式对末端电弧性短路故障电流进行切除，且要求整定值同末端电弧性短路故障电流相比要小。而在大双边方式进行供电的情况下，则需要对对上述条件进行校核。
2.1.2 di/dt+△I保护
电流上升率（di/dt）保护是主要针对接触网远端发生短路故障的情况，在实际应用发生故障时，该短路电流所具有的幅值同直线馈线负荷电流相比则要小，且断路器自身不能够起到保护的作用。实际整定要求方面，则具有以下几方面的内容：首先，其需要大于接触网过分段冲击以及机车启动所产生的电流变化率；其次，应当小于线路末端短路电流变化率。电流增量保护是主要针对近端接触网发生短路故障的情况。di/dt+△I保护是接触网馈线的主保护，两者具有着相互独立、相互配合的应用特点。在实际应用中，为了避免电流增量可能受到干扰误动影响，会对短路电流上升率以及延时时间等附加部分限制条件。
2.1.3 IMAX稳态电流整定原则与功能
IMAX稳态电流保护为近、中段短路故障所具有的后备保护，其在实际应用中的整定要求为需要小于大电流脱扣保护整定值，所具有的返回系数为80%，且需大于电流增量值。
2.1.4 IDMT定时限过电流保护整定原则与功能
IDMT定时限过电流保护是针对线路在末端发生短路故障的后备保护，要求其整定值应当小于接地线同线路末端接触的最小短路电流，且能够大于车辆电机启动时间与电流。对于不同车辆来说，其电动机启动的时间与电流方面存在一定差异。
2.1.5 热过负荷保护整定原则与功能
对该保护而言，其所具有的功能能够对过负荷故障进行消除，而并非对于短路故障所施加的保护。在该保护中，根据接触网（轨）及馈线电缆流过的电流，对接触网（轨）所具有的发热量进行计算。当计算的温度超出了整定范围，系统则会出现跳闸或者进行报警。
图一 某站近端短路时，柜体泄压通道喷射电弧，断路器成功分断
2.1.6 双边联跳保护
双边联跳保护是在故障情况下，为了能够对相邻变电所馈线实现可靠跳闸而设立的后备保护。当故障发生时，同短路故障点距离较近的变电所馈线会优先动作，对于距离较远的变电所，则会因为故障电流值达不到保护定值而不会出现跳闸操作。为此，专门设置双边联跳保护解决上述问题，当离故障点较近一侧的直流馈线断路器发生跳闸后，启动联跳装置，向对侧直流馈线保护装置发出联跳信号。
2.2 钢轨过电压保护
直流牵引供电系统中，钢轨对地绝缘安装，牵引电流在通过轨道时会产生电压降，当大双边方式进行供电或者多列车同时进站制动时，轨道对地电位可能会迅速升高，超过规范允许值，对人体安防护存在一定影响。对此，通过对钢轨电位限制装置的合理整定实现对乘客以及列车工作人员的安全作出保证。
3.案例分析
结合上述原则，针对南方某新建地铁线路进行整定，该线路采用DC1500V接触轨供电，6辆B型车编组，列车采用西门子牵引系统，单列车最大启动电流为3000A。结合直流供电系统短路计算，对直流馈线保护进行如下整定。开关本体保护整定为：10kA；电流速断保护Imax整定为8000A，1ms；定时限过电流保护：4000A，25s；di/dt+△I保护：启动值：50kA/s，返回值：15kA/s，△I：4800A；热过负荷保护：3000A，10min；钢轨电位：I段：120V，0.5s，II段：150V，0.2s，III段：600V，无延时。根据上述整定值，分别进行近、远端短路试验，均成功跳闸，图1-3为短路试验结果。试验结果表明上述整定值能够满足直流系统继电保护要求。
4 结束语
近年来，随着我国地铁交通事业的发展，人们对于地铁出行的安全性以及稳定性也具有了更高的要求。在上文中，我们对直流牵引供电系统继电保护配置及整定进行了一定的研究与探讨，并结合实际工程案例，进行了整定计算，并通过短路试验进行了验证。试验结果表明该组整定值具有良好的选择性、速动性和可靠性。直流供电系统有其自身特点，其继电保护整定策略需根据实际的线路情况、供电制式，并结合继电保护装置的配置功能进行制定，以获得更为稳定的运行效果。
参考文献：
[1]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[J].城市轨道交通研究.2011（05）：55-56.
[2]黄志明.框架保护在牵引供电系统中的合理运用[J].城市轨道交通研究.2009（08）：33-35.
论文作者:何俊文
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：电流论文; 供电系统论文; 故障论文; 线路论文; 地铁论文; 变电所论文; 馈线论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;