深圳市地铁集团有限公司运营总部
摘要：地铁直流牵引供电是一个复杂的系统，而直流保护装置则是在地铁电路发生故障时及时准确地检测出故障并切断故障，缩短维修时间，减少经济损失。本文就地铁直流供电系统的保护技术进行探讨。
关键词：地铁；直流供电；保护技术
前言
在地铁牵引供电系统中有以下几种主要的直流馈线保护方式：电流类保护（大电流脱扣保护、di /dt电流上升率及电流增量保护、过流保护）；电压类保护（低电压保护、电压降保护、ov柜保护、轨道带电保护）、框架类保护（框架电压保护，框架电流保护）；其它保护（接触网热过负荷保护等保护方式）。牵引供电系统可能发生各种故障和不正常的运行状态。最常见的，同时也是最危险的故障就是发生各种形式的短路。当被保护线路上发生短路故障时，其主要特征就是电流增加和电压降低。利用这两个特征，可以构成电流和电压的保护。从检测方法上，分别通过测量电流、电压和阻抗等参数可以实现对线路的保护。以下主要对电流类的保护技术进行分析。
一、大电流脱扣保护
大的短路电流对线路会造成巨大的损坏，故大的短路电流一出现应立即切断，其切断时刻应在其达到电流峰值之前，故大电流脱扣保护是一种基于电流幅值的保护。直流馈线回路的断路器本身装设了大电流脱扣，它对接触网近端短路故障较灵敏，因而对于接触网近端短路故障的保护，主要依靠直流快速断路器本身的大电流脱扣保护使断路器跳闸。
当直流短路电流上升率达5KA\s时，直流快速断路器动作跳闸，动作时间仅为2---3ms。假设被保护线路短路电流的最小值为Idmin，动作电流整定为Idz> kIdmin（其中k为可靠系数）。一旦检测到瞬时电流超过动作电流时，立即跳闸。保护的灵敏性是其特点，其固有动作时间仅几毫秒。所以大电流脱扣保护非常灵敏，尤其电流上升非常快的近端短路，往往先于电流上升率及电流增量保护动作。
二、电流上升率及电流增量保护（DDL保护）
随着近几年我国城市轨道交通的迅速发展，一种反应电流变化趋势的保护，即DDL保护又称电流变化率（di/dt）和电流增量（ ）保护，逐渐成为直流牵引网末端短路的主保护。图1为远/近端短路电流特性示意图。
图1 远/近端短路电流特性示意图
DDL保护既能切除近端短路电流，也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障，既避免了单独的di/dt保护受干扰而误动，又克服了 保护存在拒动现象的缺点。它可以避免对绝对电流的检测，而有效区分机车启动电流和短路电流。
图2 DDL保护原理图
在直流牵引供电系统中，电流上升率di/dt，和电流增量 这两种保护是通过专用的保护继电器实现的。图2是其保护原理图。直流馈线电流的测量是通过分流器R2和变送器U1来实现的。电流在分流器R2上的压降通过变送器U1隔离、放大后，转换成标准信号，进入保护单元。直流牵引的正常电流与故障电流在特征上有比较明显的区别。例如：假设列车的最大工作电流为4kA，列车启动时电流从零增长到最大值需要8S，那么一列列车正常的启动电流上升率仅为0.5kA/S。而故障电流的上升率可达到单列列车启动电流的几十甚至上百倍。di/dt和 保护就是根据故障电流和正常工作电流在上升率这一特征上的不同来实现保护功能的。
（1）DDL保护的处理流程
di/dt和 保护都有电流上升率的启动判据，即di/dt>E。在实际的检测中，通常采用3点和5点采样值计算。3点采样值的算法为：
三、定时限过流保护（DTM保护）
定时限过流保护也是一种基于电流幅值的保护。和大电流脱扣保护相比，大电流脱扣保护应躲过机车正常启动时的最大电流，而定时限过流保护电流整定值较低，但时限较长，其启动时不需躲过机车启动最大电流，而是靠延时来区分故障电流和机车启动电流。其动作时限一般为十几秒到几十秒之间。其缺点是不能快速切断故障电流，因而作为一种后备保护。
图3 电流上升率保护处理流程
（1）正向过流保护
图4 正向过流保护曲线
（2）反向过流保护
当列车处于再生状态或当地牵引变电所整流机组退出运行，所内直流馈线被用于直流越区供电回路时，如果线路发生故障，会有反向电流通过直流馈线断路器，反向过流保护用于检测并清除该故障。图5为反向过流保护曲线图。
图中曲线It3，电流超过Imax-值，且持续时间大于T-值，因此被视为故障情况反向过流保护将动作，向直流馈线断路器发出跳闸信号。
图5 反向过流保护曲线图
四、结束语
地铁直流牵引供电系统的核心是直流供电控制与保护，其装置必须快速找到故障及处理，同时也要避免地铁列车启动时的大电流引起误跳闸。随着电力电子技术的不断发展，地铁工作者采用先进的保护及控制理论加以创新改进，为直流牵引供电保护技术提供更加切实的保障。
参考文献：
[1]苏永春等.基于遗传算法的变电站电压无功综合控制[Jl，继电器2002 30（12）
[2]周捷，宋云翔，徐劲松.直流牵引供电系统的微机保护测控探讨[[Jl，电网技术，2002.26（12）
论文作者:叶韬
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：电流论文; 故障论文; 供电系统论文; 过流论文; 地铁论文; 断路器论文; 电压论文; 《基层建设》2016年9期论文;