淺析廣州地鐵二號線直流系統(tǒng)di/dt和△I保護

摘 要：文章分析了廣州地鐵二號線直流系統(tǒng)電流上升率di/dt和電流增量△I保護原理和動作過程，給出了保護整定原則以及廣州地鐵二號線1500V直流斷路器的整定參數(shù)。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；di/dt；△I；保護原理；整定原則；參數(shù)

引言

地鐵直流牽引系統(tǒng)包括大電流脫扣保護、Imax速斷保護、di/dt保護、 I保護、過流保護、熱過負荷保護、雙邊聯(lián)跳等多種保護，其中di/dt保護和△I保護尤為典型。由于di/dt和△I保護能夠在地鐵直流系統(tǒng)出現(xiàn)短路的初級階段迅速檢查出故障，并達到有效切除故障的目的，從而保障了直流牽引系統(tǒng)設(shè)備的安全。文章主要針對這兩種保護的原理和整定原則進行了分析和探討。

1 保護原理

在上文提到的兩種保護中，di/dt主要保護中遠距離的非金屬性短路引起的故障，△I則主要保護中近距離的非金屬性短路引起的故障，其原理和動作過程如下。

1.1 di/dt電流上升率保護

主要針對電流上升率進行保護，如果電流上升率超出了保護裝置設(shè)定的電流上升率則會促使di/dt保護啟動，并開始計算延時。如果達到設(shè)定的延時，在此過程中電流上升率一直超出保護設(shè)定值，保護就會出口動作；但是，在尚未到達整定延時前的某個時刻，電流上升率小于保護設(shè)定值，這樣di/dt保護就會返回，當達到設(shè)定的電流上升率時又重新計時。

圖1 di/dt保護典型動作特性

di/dt保護的兩種動作狀態(tài)通過圖1展現(xiàn)出來，這里用狀態(tài)（1）和（2）表示：圖中a點電流上升率超出了保護整定值后保護啟動，并開始計時。針對狀態(tài)（1）中的b點，其與a點的時間差到達保護整定的延時，在此過程中電流上升率一直超出保護設(shè)定值，保護就會出口動作。針對狀態(tài)（2），c點是尚未到達整定延時前的某個時刻，此時電流上升率小于保護設(shè)定值，這樣di/dt保護就會返回，當達到設(shè)定的電流上升率時又重新開始計時。

1.2 △I電流增量保護

△I保護隨著di/dt保護進入啟動狀態(tài)的同時也開始計算延時，保護單元也會隨著△I保護在啟動時的電流值作為初始值對電流的增量進行準確的計算。如果電流上升率一直處于超出di/dt保護整定值的狀態(tài)下，且△I保護延時已到達整定值，此時如果電流增量△I（與△I保護在啟動時的電流值的差值）也已到達整定值，保護就會動作出口。

在對電流增量計算過程中電流上升率可以在短時間內(nèi)下落到di/dt保護整定值以下范圍，但是要確保這一時間段不可以超出di/dt返回延時整定值范圍，否則保護將返回。

圖2描述了△I保護中存在的電流動作狀態(tài)。

其中狀態(tài)（1）中的電流增量超出了△I保護整定值，可是延時時間卻不夠，保護沒有動作；狀態(tài)（2）中△I保護延時已到達整定值，此時如果電流增量△I（與△I保護在啟動時的電流值的差值）也已到達或超過整定值，保護就會動作；狀態(tài)（3）中電流增量既到達了△I整定值，又滿足了延時時間，可是電流上升率卻下落到di/dt保護整定值以下范圍，但其下落的時間小于di/dt的返回延時值，所以保護仍然動作；狀態(tài)（4）在電流上升過程中，電流上升率既下落到了di/dt保護整定值以下范圍，又超出了di/dt返回延時值，所以保護返回，同時在e點重新啟動保護，將e點作為新的起始點，因此狀態(tài)（4）保護沒有動作。

2 di/dt保護整定

2.1 di/dt初始定值：必須保證di/dt初始定值超出列車起動時電流變化率的最大值，此時還應(yīng)保證不超出越區(qū)供電時區(qū)間末端短路t時刻短路的電流變化率di/dt│t=di/dt duration（di/dtduration表示di/dt延時）。

2.2 延時時間（di/dtduration）定值：為了更好的保證di/dt的選擇性，必須保證di/dt延時時間應(yīng)配合好相鄰供電區(qū)間的相關(guān)保護。

3 △I保護整定

在確定△I保護整定值時應(yīng)根據(jù)以下幾種參數(shù)進行：di/dt、△I、△Idelay（△I延時）、di/dtduration（di/dt返回延時）。

3.1 用△I定值與相鄰供電區(qū)間保護配合

3.1.1 di/dt定值：di/dt定值設(shè)定可以和di/dt元件的di/dt定值相同，也可以適當?shù)某鲈撝怠?/p>

3.1.2 △I定值：首先整定要考慮躲避列車濾波器的最大充電電流值，其次要根據(jù)相鄰供電區(qū)間近端短路的保護配合情況進行。以上兩種計算結(jié)果中較大值就是I的定值。

3.1.3 △I延時時間（△Idelay）定值：I定值在設(shè)置時對配合情況已充分考慮，所以在整定△Idelay時取值可以盡可能的小。

3.2 用di/dt定值與相鄰供電區(qū)間保護配合：如果采用這種方法對di/dt值進行整定，需要確定I元件的di/dt與di/dt元件的di/dt能夠單獨整定。

4 結(jié)束語

由于線路情況、行車組織運行圖的調(diào)整和牽引負載變化的復(fù)雜性，在對地鐵直流系統(tǒng)di/dt及△I保護的定值進行理論計算的同時，還要進行相關(guān)的試驗、校驗來驗證其合理性。廣州地鐵二號線1500V直流斷路器典型的保護整定值見表1。

表1 保護整定值

廣州地鐵二號線直流牽引系統(tǒng)經(jīng)歷了近十年的實際運行過程，在此期間通過以上兩種保護都能夠快速準確地將非金屬性短路故障進行切除，具有良好的可靠性，保障了地鐵列車的安全供電。

參考文獻

[1]西門子DPU96說明書[S].

[2]西門子8MF94開關(guān)柜說明書[S].