2018最新?tīng)恳冸娤到y分析論文
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【摘 要】作者根據自己的實(shí)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(xiàn)開(kāi)關(guān)沒(méi)有遠后備保護，故應設開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)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(guò)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”形成的原因，為使饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護更加完善，直流饋線(xiàn)應設開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護，以使列車(chē)運行更加安全。
【關(guān)鍵詞】牽引變電所 內部聯(lián)跳 饋線(xiàn)開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng) 短路電流 死區。
【Abstract】Based on auther’s working experience in metro projects, put forward two kinds of protection method which are absolutely necessarily for the traction substation, the inter-tripping of breaker and the breaker failure and tripping disabled protection, because no remote standby protection is installed in feed breaker. Cutting off the power supply immediately is the final aim of all relay protection, especially for the DC system. In order to cut off the power quickly, the principle that the short-circuit current should be cut off in its rise process should be followed in the protection of DC system. Three causations which lead to the skip area of protection is analyzed. In order to make the protection of feeder breaker perfect much more, The trip disable protection for failure of breaker should be installed in feed breaker of DC system to insure the safety of the train operation.
【Key words】traction substation, inter-tripping, feed breaker, the breaker failure and tripping disabled, short circuit current, skip area
一、概述
地鐵直流牽引供電系統的保護,可以分為兩部分:牽引整流機組保護和直流饋線(xiàn)保護。牽引供電系統保護的最大特點(diǎn)就是系統的“多電源”和保護的“多死區”。所謂多電源, 既當牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí), 并非僅雙邊供電兩側的牽引變電所向短路點(diǎn)供電, 而是全線(xiàn)的牽引變電所皆通過(guò)牽引網(wǎng)向短路點(diǎn)供電。所謂多死區, 是因牽引供電系統本身構成的特點(diǎn)和保護對象的特殊性而形成保護上的“死區”。任何保護的最基本要求就是當發(fā)生短路故障時(shí), 首先要迅速“切斷電源”、“消除死區”, 針對這兩點(diǎn), 牽引供電系統除交流系統常用的保護外, 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(mǎn)足牽引供電系統發(fā)生故障時(shí)切斷電源、消除死區的要求。對任何供電系統的繼電保護而言, 可靠性總是第一位的, 而對直流牽引供電系統, 速動(dòng)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(guò)程中將其遮斷, 不允許短路電流到達穩態(tài)值。至于選擇性, 在直流牽引供電系統中則處于次要位置, 其保護的設置應是“寧可誤動(dòng)作, 不可不動(dòng)作”。 誤動(dòng)作可以用自動(dòng)重合閘進(jìn)行矯正; 不動(dòng)作則很可怕, 因為牽引供電系統短路時(shí)產(chǎn)生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長(cháng)時(shí)間維持燃燒而不熄滅; 而交流電弧則不同, 其電壓可以過(guò)零而自動(dòng)熄滅。
關(guān)于地鐵牽引供電系統的常用保護，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(shí)跳閘時(shí)，應迅速跳掉全部直流饋線(xiàn)斷路器，以及時(shí)切斷電源。見(jiàn)圖（01）
當牽引變電所內部發(fā)生短路時(shí)，如 K2點(diǎn)短路，則流向短路點(diǎn)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(guò)4路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)流向短路點(diǎn)的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉兩臺整流機組的直流開(kāi)關(guān)或交流開(kāi)關(guān)是不夠的（只切斷 IK1 、IK2 ），相鄰牽引變電所仍會(huì )通過(guò)牽引網(wǎng)繼續向短路點(diǎn)供電（ IK3、IK4 、IK5 、IKy），因此必須跳掉直流母線(xiàn)上所有開(kāi)關(guān)，以切斷電源，實(shí)現牽引變電所內部聯(lián)跳；
當牽引變電所外部發(fā)生短路時(shí)，如 K1點(diǎn)短路，則流經(jīng)DS6開(kāi)關(guān)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(guò)3路饋線(xiàn)流經(jīng)DS6開(kāi)關(guān)的短路電流有3路： IK3、IK4 、IK5，此時(shí)若饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)DS6拒動(dòng)，而又沒(méi)有遠后備保護，此時(shí)只能通過(guò)牽引變電所內部聯(lián)跳及時(shí)切斷電源。
牽引變電所內部聯(lián)跳的保護范圍：無(wú)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(shí)跳閘的故障均應實(shí)行牽引變電所內部聯(lián)跳。
由圖01可以看出, 流經(jīng)饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)DS6的短路電流IKZ 是由 IK1→IK55個(gè)短路電流組成的, 這就說(shuō)明, 如果饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)DS6失靈拒動(dòng), 要切斷短路點(diǎn)的電源, 只跳掉DS1、DS2是不夠的, 還要跳掉DS3、DS4、DS5等5路開(kāi)關(guān), 即必須跳掉牽引變電所直流母線(xiàn)上的所有開(kāi)關(guān)。
牽引變電所內部聯(lián)跳保護, 就是為當發(fā)生短路故障時(shí), 迅速切斷電源的一種保護措施。如發(fā)生一路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)或兩臺整流機組直流側兩路開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘(或兩路交流中壓開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘),為迅速切斷電源, 都必須實(shí)行變電所內部聯(lián)跳, 既跳掉直流母線(xiàn)上的所有開(kāi)關(guān), 否則不能切斷電源, 如圖(01)所示。
圖中 K1 (牽引變電所外部短路)和 K2 (牽引變電所內部短路) 點(diǎn)短路時(shí), 如果DS1 、DS2 兩臺直流斷路器或DL1 、DL2 兩臺交流斷路器同時(shí)動(dòng)作, 則必須實(shí)行變電所內部聯(lián)跳, 跳掉所有直流饋線(xiàn)斷路器。即跳掉DS3、DS4、DS5等饋線(xiàn)開(kāi)關(guān), 否則不能切斷電源, 相鄰牽引變電所繼續向短路點(diǎn)供電。
三、直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護
目前國內地鐵直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)設置了多種保護和自動(dòng)裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護：開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護。當開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)本身設置的所有保護均失效，而饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)又沒(méi)有遠后備保護,這是直流饋線(xiàn)保護的“軟肋”。眾所周知，從牽引變電所的主接線(xiàn)上看，直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)沒(méi)有遠后備保護設備，這是由地鐵供電網(wǎng)絡(luò )的構成特點(diǎn)所決定的。在直流母線(xiàn)上共設置6路開(kāi)關(guān)：2路直流引入開(kāi)關(guān)、4路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)，見(jiàn)圖（01）。從電源角度講，每路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)的上一級有5路電源開(kāi)關(guān)，這和交流電路不一樣，交流電路上一級只有一路開(kāi)關(guān)，所以當下一級開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，上一級開(kāi)關(guān)可以作為它的遠后備保護。直流則不然，它的上級5路開(kāi)關(guān)都不是它的遠后備保護設備。從圖（01）中可以看出，當 K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如為變電所出口短路，饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)可能引起2路直流引入線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘，引起變電所聯(lián)跳，及時(shí)切斷5路電源。如果發(fā)生遠端短路，饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)就非常危險，此時(shí)將有5路短路電流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持續不斷流入短路點(diǎn)，短路點(diǎn)的直流電弧將燒毀一切，對于運行的電動(dòng)車(chē)輛，尤其危險，對人身安全造成極大的危害。
其實(shí)，解決這一問(wèn)題并不需要什么高深技術(shù)和增加投資，直流電路保護的最大特點(diǎn)就是一個(gè)字：“快”，迅速切斷所有電源的唯一可靠的辦法就是通過(guò)牽引變電所內部聯(lián)跳，迅速切斷電源。
判斷饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)有兩個(gè)條件：
1． di/dt △I / △t動(dòng)作；
2． 經(jīng)一定的時(shí)限饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作（開(kāi)關(guān)輔助常開(kāi)接點(diǎn)仍處于合閘位置）。
將上兩個(gè)條件組成“與”電路，即di/dt △I / △t動(dòng)作信號、經(jīng)一定可調整的延時(shí)（30～100ms），而開(kāi)關(guān)輔助常開(kāi)接點(diǎn)仍處于合閘位置，既判斷為開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)。應及時(shí)實(shí)現牽引變電所內部聯(lián)跳，切斷短路點(diǎn)的電源。
牽引變電所內部聯(lián)跳、饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)兩種保護，希望能引起業(yè)內人士的`重視。
三、直流饋線(xiàn)保護的死區
直流饋線(xiàn)保護, 在牽引供電系統中是最重要的保護, 這是由它的供電方式和供電對象的特點(diǎn)決定的。因供電方式不同而形成保護上的不同的“死區”; 因供電的對象是隨時(shí)變化并移動(dòng)的負荷, 還需要在保護上進(jìn)行配合, 這就形成了保護上的特殊要求。直流饋線(xiàn)保護首先是以保障列車(chē)的正常運行、保護旅客的人身安全為第一要素。
1.死區的形成 因供電方式的不同, 保護設置不同, 形成保護上的死區也不同, 單邊供電死區發(fā)生在供電區段的末端附近; 大雙邊供電死區發(fā)生在供電區段的中點(diǎn)附近, 運行列車(chē)主保護不能斷弧時(shí)死區發(fā)生在電動(dòng)車(chē)輛的上，可以發(fā)生在列車(chē)運行區間的任何位置。
死區的大小和供電方式、供電距離、保護措施有密切的關(guān)系, 采取適當的供電方式和保護裝置, 死區是完全可以消除的。
�、� 單邊供電死區發(fā)生在末端
死區的大小, 取決于開(kāi)關(guān)整定值的大小和供電距離的大小, 當只靠開(kāi)關(guān)本身整定值保護時(shí)，形成死區的范圍見(jiàn)圖(02)。
由圖02可見(jiàn), 單邊供電時(shí), 開(kāi)關(guān)整定值越大, 死區越大; 供電距離越長(cháng), 死區也越大, 圖中Izd為饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)整定值。 1.2Izd是考慮開(kāi)關(guān)整定值有10%的誤差時(shí)確定保護死區的范圍。
�、� 大雙邊供電死區發(fā)生在中點(diǎn)附近
如果只靠開(kāi)關(guān)的大電流速斷保護, 死區會(huì )出現在兩端變電所的附近, 這里所說(shuō)大雙邊供電死區發(fā)生在中點(diǎn)是指饋線(xiàn)保護設置了雙邊聯(lián)跳裝置以后形成的死區。正常雙邊供電是不會(huì )形成死區的, 因為區間任何一點(diǎn)發(fā)生短路, 都可以使一端開(kāi)關(guān)跳閘, 并使另一端開(kāi)關(guān)聯(lián)跳。而采用大雙邊供電時(shí), 在供電區的中點(diǎn)附近可能出現死區, 見(jiàn)圖(03)。
圖中Izd為饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)整定值。
�、� 列車(chē)主保護不能斷弧形成的死區
這一死區發(fā)生在車(chē)上, 范圍在整個(gè)供電區間都可能發(fā)生, 直接威脅旅客的生命安全, 非�？膳�。要求變電所的饋線(xiàn)保護和車(chē)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(chē)輛的主保護相互配合的基本原則是:
�、� 地鐵車(chē)輛主保護應當“自己保護自己”, 即地鐵車(chē)輛在運行中無(wú)論在任何地點(diǎn), 當車(chē)輛發(fā)生短路故障時(shí), 其主保護應動(dòng)作可靠, 不允許有拉弧現象, “要動(dòng)作就可靠動(dòng)作并斷弧, 不動(dòng)作就拒動(dòng)”。絕不允許開(kāi)關(guān)動(dòng)作而出現燃弧現象。
�、� 牽引變電所饋線(xiàn)保護應當延伸至車(chē)上, 作為車(chē)輛主保護的后備, 以防萬(wàn)一。
消除以上三種保護上的“死區”，可靠的辦法就是饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)設置雙邊聯(lián)跳、di/dt △I / △t保護裝置及開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護裝置，以使地鐵列車(chē)運行更加安全。
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