地鐵直流牽引供電保護技術分析

張鈺 李強

【摘要】伴隨著我國城市交通建設的不斷發展，地鐵系統技術的改善與優化速度快速發展，其中直流牽引供電系統在地鐵供電保護技術中的應用范圍越來越廣泛，因此高性能以及高可靠性的直流保護技術對于地鐵技術的發展十分重要。我們基于地鐵直流供電系統中所普及采用的幾種直饋線路保護方法，就電流上升率的保護以及電流增量保護、過流保護以及框架保護等基本的保護原理，對地鐵直流牽引供電保護技術進行分析。

【關鍵詞】供電保護;饋線;直流;地鐵

我國的城市地鐵直流保護設備主要來自于國外，比如在廣州地鐵三號線所應用的保護設備是德國公司Siemens的產品DPU96，武漢地方城市的鐵軌所選用的地鐵直流保護設備是瑞士Secheron公司旗下產品SEPCOS。對于產品的構成方面來講，直流保護電的設備制造原理并不復雜，因此我國在理論實踐上也可以進一步的進行發展，在不久的將來，國產的直流電保護設備將在我國市場成為主流。

一、地鐵直流牽引網短路電流特點及地鐵直流保護系統的設計要點

地鐵直流牽引網存在著短路的現象，具體特點為：首先，在地鐵列車起動時電流的變化率時間以及地鐵中遠端的相關電流變化率在時間程度上延伸較長;其次，與負荷電流的變化率相比較之下，短流電路變化率要明顯高出更多，變化頻率更高，并且處在遠端的短流電路具體變化率與地鐵起動時的最高程度的電流變化頻率保持一致;最后，在地鐵車流密度和地鐵直流饋線的相聚距離在達到一定的最高數值后，負荷電流在變化量及數值方面有可能會高于在處在末端的短流電路。針對直流牽引網中的短流電路發生情況，地鐵直流保護系統的設計需要具備以下的幾種特點：首先應該基于部分的特殊故障進行系統性的保護，例如在地鐵屏蔽門和接觸網部分的短路故障、在架空接地線處與地鐵直流接觸網部分的電流短路等;另外，在城市地鐵的日常運行工作過程中，對于地鐵的直流保護系統應該盡可能的避免出現跳閘問題，減少暫時性的系統故障對于地鐵運行所造成的不利影響;最后，各類保護措施應該交叉進行，進行相互工作之間的配合使用，確保在地鐵直流系統出現短路等暫時性的故障時，能夠進行及時有效的排除與修復。

二、地鐵直流牽引供電保護技術的具體內容

（一）對于電流上升率的保護和電流增量的保護

電流上升率的保護與電流增量的保護是地鐵直流網絡保護技術中的重要內容。使用這兩種保護措施，可以在短路故障發生時對故障發生的原因進行及時檢測，斷路器在地鐵短路電流進行穩定的工作狀態之前可以對故障中的回路進行恢復與切除。，從而對地鐵直流設備進行保護，其具體的工作原理為：對直流牽引所需要的正常電流與在發生故障時的電流在數值和特征上進行比較與區分，從而確定故障發生的原因。例如，假設地鐵列車在進行正常運行過程中其最大的工作電流為dkA，在列車進行起動時，電流值從最初的零狀態增加到運行的最大電流值約為8秒，以此計算，此輛列車的電流上升率保持在0.5kMs，但事實上地鐵故障電流的上升率與地鐵正常工作的電流相差數值方面有著幾十或是上百倍的差距。因此，在實際的運用過程中，電流上升率保護與電流增量的保護要結合進行，在進行保護系統起動后，由同一個電流上升率值進行預定，避免互相影響狀況的出現，在一方進入保護標準時就提前進行預熱保護狀態。所以，電流上升率的保護主要針對于地鐵中遠距離程度上面的非金屬性短路的情況;電流增量保護則主要針對近距離的同屬性短路故障。

（二）過流保護

地鐵直流牽引供電保護技術中的過流保護技術是針對電流在超過規定值時進行調整，并在故障出現的時間超過預期的保護時間后進行跳閘指令的發送。其具體保護原理為：在電網發生非金屬性的短路故障時，主要特征表現為電流值突然增大，電流電壓急劇下降，過流保護可以按照線路進行選擇，整定繼電器的動作電流。在線路中出現故障的電流數值達到額定標準時，電流繼電保護器就可以根據選擇的保護方案，對其電路故障進行切除。作為電流上升率的電流增值量的后備保護措施，可以在保護控制的單元內提前對電流的Imax值以及時間維度上的T值進行整定。在直流饋線電路的電流值超過規定時間內的Imax值時，就可以通過過流保護的相關裝置對直流饋線電路的斷路器進行跳閘工作，以此來排除故障，切除故障電路，基于此，我們可以發現，Imax值應在整定數值上比電流的脫口保護裝置的預定值要小，在進行數值設定時，可以從正反兩個方向進行。

（三）框架保護

進行框架保護工作的主要原因是為了防止直流牽引供電設備的內部絕緣在降低時會對人身造成危險，對于每個牽引降壓變電場所內都需要設置一套直流系統的泄露保護措施系統，這種保護措施應該包含過電流保護與反映接觸電壓的相關過電壓保護措施兩個方面“，過電壓保護措施應該與地鐵站內的對軌道的電位制約裝備進行配合聯動使用，并且作為軌道電位制約裝置的后備保護措施。另一方面，電流型框架的保護措施通過檢測相關直流設備來觸發保護裝置的保護動作，在直流設備的絕緣度發生變化時，相關直流設備可以對地鐵柜體中的泄露電流進行整定值觸發，從而使保護框架觸發保護開關，迅速的對地鐵設備內的所有直流開關進行跳閘，在進行人工復歸的方式后可以再度合上開關進行工作。因為電流框架保護措施的電阻阻抗值太小，直流框架保護設備可以直接接觸地面，檢測電壓與軌道外的對于地面的電壓可以保持一致，作為故障排除標準，在對相關直流故障進行切除后，可以通過人工恢復框架泄露保護裝置的方式，使斷路器重新投入使用。

綜上所述，對于地鐵直流牽引供電保護技術的應用可以從電流上升率的保護、電流增值的保護與框架的保護等多個方面分層進行，在進行故障解決判定時，中遠程的非金屬短路故障應用進程的非金屬性故障加以區分;并且為了防止保護裝備中的內部絕緣的變動對人體造成的危害，需要對其直流電框架進行保護，具體措施就是使用電流泄露保護框架對發生變動的電流進行切除保護，促發斷路器動作，并且通過人工.恢復使設備再次投入使用，保證了保護設備的人工可操作性與重復性使用，降低保護裝置的成本。