轨道交通直流牵引供电保护探讨

轨道交通直流牵引供电保护探讨

李少明

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁运营具有运载量大、速度快等特征，受到人们的欢迎，当前是一线城市解决交通拥堵的最佳方案。直流供电控制及保护作为直流牵引供电系统的核心部分，一旦发生故障，对地铁正常运营有着直接的影响，甚至威胁到乘客及地铁工作人员的生命安全。

关键词：直流牵引；过流保护；自动重合闸

前言

地铁供电系统中牵引供电系统是实现车辆合理运行的前提，因此，在这些过程中能够将直流牵引供电系统中所发生的故障第一时间修复好，从而保障列车及乘客的安全。地铁直流牵引供电系统在设计环节中已利用接触网完成地铁冲击电流的控制问题。同时，车辆在启动过程中电流及电压的瞬间上升至高峰值范围，因此，因此对电流及电压需要严格控制，以免造成过电流和过电压的存在。另外强化不同类型保护的配合程度，当直流牵引供电系统出现短路故障时，能根据实际情况及时进行处理，达到保护目的。

一、地铁直流牵引供电系统概述

（一）分合闸的控制

具体的合闸操作流程为：在保护装置中脉冲输出的1s内，线圈即可完成通电，之后利用线圈通电电流的减少，使断路器处于合闸位置。分闸操作流程为：脉冲输出1s时，在分闸位置的线圈能够完成电流通入工作，之后利用对分闸线圈电流量的缩减，使其恢复断路器左右位置。另外，双边联调也与断路器有着密切联系，以相邻双边联调为切入点，对断路器进行跳闸控制，最终从供电系统的角度完成联调回路的接受和发送工作。

（二）供电系统的线路测试问题

在地铁直流牵引供电系统中，分合闸和线路是以相互依存、相互关联的关系存在，想要完成分合闸的自动控制工作，应首先对供电系统相关线路进行测试，在测试合格的前提下，由系统自动输送信号，通过断路器对分合闸提出信号，如在实际线路测试中，发现地铁直流牵引供电系统故障问题无法进行排除，则需对供电系统进行闭锁，同时发出与之相对应的线路故障警报。

二、地铁直流牵引供电保护技术

（一）过流保护技术

电流幅值主要是以过流保护为主，其电流限制值过低，加之长时间受到限制，只能以延时启动情况为衡量故障电流或启动电流的标准。并且在工作过程中，无需预防地铁启动时可能带来的一定电流，动作时限一般将其控制在10s内。但是这种保护还存在许多缺陷，如：当出现故障电流时，无法在短时间内切断，因此，在后备保护中的应用较为广泛。过流保护实际工作原理为：在控制单元环节，应先将电流规定为I，时间用t表示，若是直流馈线保护继电器t＞I，即为保护继电器已经工作，而保护装置利用直流断路装置对故障及时进行处理，进行断电等操作。

（二）电流增量、上升率的保护

在对地铁直流牵引进行供电保护时，其主要保护方式是选择在电流增量、上升率方面进行保护；在对其设定启动标准值时，多数是将电流上升率值作为设定标准，在两者启动过程中应避免两者之间相互干扰，当二者各自进行延时保护时，以最短时间到达启动条件系统即可开启保护装置。

（三）自动重合闸

在地铁直流牵引供电系统中，存在瞬时性故障，可利用自动重合闸保护的方式，与故障点进行接触，在短时间内对故障进行排除，并对直流牵引供电系统运行进行有效恢复。在实际调查中发现，地铁直流牵引供电系统发生故障时，会造成脱扣器的反复运行，如自动重合闸保护次数超过限定值，其供电系统则会默认故障为永久性，重合闸将不会继续进行供电保护。

（四）接触网导线热过负荷保护

该保护作为电流上升率保护的辅助保护,当直流线路处于过负荷状态时,即使没有任何短路故障发生,接触线或进线电缆的温度也会上升,当热过负荷电流流过时,该电流虽不至引起巨大的破坏,但此电流持续时间长了,其产生的热量会超过某些薄弱设备所允许的发热量,引起这些设备不同程度的损坏。动作原理是接触网热过负荷保护主要是根据接触网的电阻率、电阻率修正系数、长度、横截面积、电流,计算出接触网的发热量,再根据接触网和空气的比热等热负荷特性及通风量等环境条件,由经验公式给出接触网的电缆温度。当测量的电缆温度超出规定值便发出报警,跳闸命令,从而达到保护接触网的目的。该保护的对象是接触网。接触线有其自身固有的热特性,是一条以电流为变量的反时限曲线。这就要求保护装置整定的曲线与接触线的固有曲线进行配合。同时,保护装置的整定曲线还应与馈线的电流保护进行配合。

（五）大电流脱扣保护

在地铁直流牵引供电系统运行过程中，由开关自行带入的保护技术则被称之为大电流脱扣保护，其主要的工作职能是对短路故障下产生的电流进行切除，究其原因是当供电系统出现短路故障时，短时间内产生的电流过大，从而会对线路的正常通电造成影响，因此，需对该部分的故障电流进行切断。在直流牵引供电系统发生短路电流时，应在电流到达高峰值前夕对线路实施保护；当利用精准设备进行电流检测时，同时完成供电系统的跳闸工作。

（六）框架电流保护

在地铁直流牵引供电保护中，过电压保护装置也称之为OVPD，其在保护装置中一直发挥重要作用，并且在地下轨以及地铁直流牵引供电保护中的应用比较广泛。在供电系统里，OVPD属于减少轨道电压重要措施之一，当地铁通过时，能有效降低电流过大所带来的影响，保证轨道电压控制在固定值的范围内，确保人员和设备具有一定的安全性，避免安全事故的发生。OVPD主要是通过避雷器和接触器，控制单元与电源回路，晶闸管以及指示回路等组合而成，其原理利用电压探测器对轨道与地面之间产生的电压进行测量。

（七）电压保护

在电车运行期间，其电压保护工作，主要针对继电保护方式的合理运用。在地铁直流牵引供电系统中，电压在过低或过高的情况下，对零部件产生的保护属于继电保护。在电车启动过程中电压呈现负荷持续上升的状况，若操作人员因操作不当，则会产生无法预计的后果，为了有效地对其电车装置进行保护，则需利用辅助性元件，对其低压继电器实施保护，最终实现对地铁直流牵引供电系统的安全控制。

（八）双边联跳保护

双边联跳保护是为了更加安全的向接触网供电,在故障情况下确保相邻变电所可靠跳闸而增设的后备跳闸装置。在无故障的情况下,两变电所同时向接触网供电,如果有短路情况发生,则距离短路点较近变电所A的馈线保护的出/dt瞬时保护或速断保护先动作,同时向本站联跳装置发一个跳闸信号,并通过站间联络向另一变电所联跳装置发送跳闸信号,较远变电所B经过一段延时,通过di/df延时保护或过流保护也动作,但是比联跳装置的跳闸信号先动作。这种情况联跳作为后备保护。在故障情况下,变电所B退出运行并通过隔离开关由相邻变电所C越区供电时,同样还是上述情况,变电所A的保护先动作,由于短路点距变电所C较远,该变电所相应保护可能不动作(视短路情况),而联跳装置则比较可靠,只要变电所A保护跳闸,变电所C经变电所B接收跳闸信号,使开关跳闸,此时双边联跳保护就比较重要。

三、结束语

综上所述，在地铁运行过程中，将供电保护技术应用于直流牵引，会直接影响地铁的正常运行，并与其稳定性、安全性方面存在直接联系。所以，设计人员在设计地铁供电时，对负极柜框架电流保护和框架电压保护进行严格处理，其中框架电流保护以供电主保护的方式存在，而电压保护以后备保护对后期供电系统进行优化，在实际运行和维护工作中，对其进行及时总结，为保证地铁正常运行奠定基础，从而提高地铁直流牵引供电保护水平。

参考文献

[1]方刚，黄德晖.广州地铁直流牵引供电中馈线热力过负荷保护[J].科技风，2013（10）：19~20.

[2]满志成.试论地铁直流牵引供电系统馈线的保护技术[J].科技与企业，2015（22）：222~223.