淺析廣州地鐵二號(hào)線直流系統(tǒng)di/dt和△I保護(hù)

摘 要：文章分析了廣州地鐵二號(hào)線直流系統(tǒng)電流上升率di/dt和電流增量△I保護(hù)原理和動(dòng)作過程，給出了保護(hù)整定原則以及廣州地鐵二號(hào)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(hù)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(hù)、Imax速斷保護(hù)、di/dt保護(hù)、 I保護(hù)、過流保護(hù)、熱過負(fù)荷保護(hù)、雙邊聯(lián)跳等多種保護(hù)，其中di/dt保護(hù)和△I保護(hù)尤為典型。由于di/dt和△I保護(hù)能夠在地鐵直流系統(tǒng)出現(xiàn)短路的初級(jí)階段迅速檢查出故障，并達(dá)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(duì)這兩種保護(hù)的原理和整定原則進(jìn)行了分析和探討。

1 保護(hù)原理

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

1.1 di/dt電流上升率保護(hù)

主要針對(duì)電流上升率進(jìn)行保護(hù)，如果電流上升率超出了保護(hù)裝置設(shè)定的電流上升率則會(huì)促使di/dt保護(hù)啟動(dòng)，并開始計(jì)算延時(shí)。如果達(dá)到設(shè)定的延時(shí)，在此過程中電流上升率一直超出保護(hù)設(shè)定值，保護(hù)就會(huì)出口動(dòng)作；但是，在尚未到達(dá)整定延時(shí)前的某個(gè)時(shí)刻，電流上升率小于保護(hù)設(shè)定值，這樣di/dt保護(hù)就會(huì)返回，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的電流上升率時(shí)又重新計(jì)時(shí)。

圖1 di/dt保護(hù)典型動(dòng)作特性

di/dt保護(hù)的兩種動(dòng)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(diǎn)電流上升率超出了保護(hù)整定值后保護(hù)啟動(dòng)，并開始計(jì)時(shí)。針對(duì)狀態(tài)（1）中的b點(diǎn)，其與a點(diǎn)的時(shí)間差到達(dá)保護(hù)整定的延時(shí)，在此過程中電流上升率一直超出保護(hù)設(shè)定值，保護(hù)就會(huì)出口動(dòng)作。針對(duì)狀態(tài)（2），c點(diǎn)是尚未到達(dá)整定延時(shí)前的某個(gè)時(shí)刻，此時(shí)電流上升率小于保護(hù)設(shè)定值，這樣di/dt保護(hù)就會(huì)返回，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的電流上升率時(shí)又重新開始計(jì)時(shí)。

1.2 △I電流增量保護(hù)

△I保護(hù)隨著di/dt保護(hù)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)的同時(shí)也開始計(jì)算延時(shí)，保護(hù)單元也會(huì)隨著△I保護(hù)在啟動(dòng)時(shí)的電流值作為初始值對(duì)電流的增量進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。如果電流上升率一直處于超出di/dt保護(hù)整定值的狀態(tài)下，且△I保護(hù)延時(shí)已到達(dá)整定值，此時(shí)如果電流增量△I（與△I保護(hù)在啟動(dòng)時(shí)的電流值的差值）也已到達(dá)整定值，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作出口。

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

圖2描述了△I保護(hù)中存在的電流動(dòng)作狀態(tài)。

其中狀態(tài)（1）中的電流增量超出了△I保護(hù)整定值，可是延時(shí)時(shí)間卻不夠，保護(hù)沒有動(dòng)作；狀態(tài)（2）中△I保護(hù)延時(shí)已到達(dá)整定值，此時(shí)如果電流增量△I（與△I保護(hù)在啟動(dòng)時(shí)的電流值的差值）也已到達(dá)或超過整定值，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作；狀態(tài)（3）中電流增量既到達(dá)了△I整定值，又滿足了延時(shí)時(shí)間，可是電流上升率卻下落到di/dt保護(hù)整定值以下范圍，但其下落的時(shí)間小于di/dt的返回延時(shí)值，所以保護(hù)仍然動(dòng)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(hù)整定值以下范圍，又超出了di/dt返回延時(shí)值，所以保護(hù)返回，同時(shí)在e點(diǎn)重新啟動(dòng)保護(hù)，將e點(diǎn)作為新的起始點(diǎn)，因此狀態(tài)（4）保護(hù)沒有動(dòng)作。

2 di/dt保護(hù)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(dòng)時(shí)電流變化率的最大值，此時(shí)還應(yīng)保證不超出越區(qū)供電時(shí)區(qū)間末端短路t時(shí)刻短路的電流變化率di/dt│t=di/dt duration（di/dtduration表示di/dt延時(shí)）。

2.2 延時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間應(yīng)配合好相鄰供電區(qū)間的相關(guān)保護(hù)。

3 △I保護(hù)整定

在確定△I保護(hù)整定值時(shí)應(yīng)根據(jù)以下幾種參數(shù)進(jìn)行：di/dt、△I、△Idelay（△I延時(shí)）、di/dtduration（di/dt返回延時(shí)）。

3.1 用△I定值與相鄰供電區(qū)間保護(hù)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(dāng)?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(hù)配合情況進(jìn)行。以上兩種計(jì)算結(jié)果中較大值就是I的定值。

3.1.3 △I延時(shí)時(shí)間（△Idelay）定值：I定值在設(shè)置時(shí)對(duì)配合情況已充分考慮，所以在整定△Idelay時(shí)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(hù)配合：如果采用這種方法對(duì)di/dt值進(jìn)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(dú)整定。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

表1 保護(hù)整定值

廣州地鐵二號(hào)線直流牽引系統(tǒng)經(jīng)歷了近十年的實(shí)際運(yùn)行過程，在此期間通過以上兩種保護(hù)都能夠快速準(zhǔn)確地將非金屬性短路故障進(jìn)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(xiàn)

[1]西門子DPU96說明書[S].

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