一種特殊牽引所主接線形式的工程應用

劉海鵬 桑梓杰

摘 要：城市軌道交通牽引所采用二套整流機組+一套雙向變流器的組合以及直流母線采用單母線分段的主接線形式為國內首次采用。本文對彭家莊站牽引所的主接線形式進行介紹，對此種主接線下的區別于常規牽引所的框架保護配置、直流母線配置以及雙邊聯跳回路進行了簡述，對主接線的問題進行了探討，最后對此種主接線形式進行了總結。

關鍵詞：城市軌道交通;供電系統;主接線;框架保護

0 引言

濟南軌道交通R2線末端站彭家莊站設有牽引所，與彭家莊牽引所相鄰的牽引所為烈士陵園牽引所，兩座牽引所間距約4.5km。如彭家莊站牽引所退出運行，由相鄰的烈士陵園站牽引所單邊供電至線路末端，供電距離太長，不能滿足牽引供電的要求。所以彭家莊牽引所需采取一種特殊的主接線及保護配置方案以盡量保證彭家莊站牽引所不退出運行。

1 主接線形式

彭家莊站牽引所設了兩套整流機組加一套雙向變流器的組合形式，同時直流正母線也進行了單母線分段，如圖1。兩套整流機組均接于II段35kV母線，雙向變流器接于I段35kV母線;1#整流機組和雙向變流器接至I段直流母線，2#整流機組接至II段直流母線，直流正極母聯開關設兩臺斷路器。

整流機組及雙向變流器的工作模式如下：正常運行時，兩套整流機組給直流母線供電，兩臺母聯斷路器均合閘，雙向變流器采用逆變模式;當一套整流機組退出時，另外一套整流機組正常運行，雙向變流器采用逆變模式;當兩套整流機組全退出時，雙向變流器切換為整流模式。

2 框架保護方案配置

常規變電所一般設置3套框架保護裝置（一套為整流機組、一套為直流母線、一套為再生能吸收裝置），為了盡量降低彭家莊站牽引所退出的可能性，本所框架保護方案選用6套。

6套框架泄漏保護配置方案如圖1中虛線框所示：1#整流器、2#整流器、雙向變流器、正極I段設備、正極II段設備、負極柜。這6組直流設備均獨立絕緣安裝。設置6套框架泄漏保護的目的是為了降低發生直流設備碰殼時全所退出的可能性。

當直流正極碰設備外殼發生電流型框架保護動作時，電流元件內電流流向為：正極—外殼—電流元件—地—OVPD—鋼軌-回流電纜—負極;當直流負極碰設備外殼發生電流型框架保護動作時，電流元件內電流流向為：正極—接觸網—機車—軌地間泄漏電阻—地—電流元件—外殼—負極。由此可見在發生正極碰殼及負極碰殼時電流元件的電流流向是相反的。如果定義正極碰殼時電流元件電流流向為正向，那么負極碰殼電流元件流過的電流則為反向。

發生負極碰殼框架泄漏時，即使本所直流進線斷路器、直流饋線斷路器、35kV側斷路器、鄰所直流饋線斷路器都跳閘后，這種故障也不能被隔離。因為全線的負極都是通過鋼軌連在一起的，泄漏到地中的雜散電流會在此處流過。直流設備內的負極與鋼軌之間沒有開關，無法將此雜散電流截斷。

當發生負極碰殼時，此種故障與鋼軌電位限制裝置閉合是一樣的，是可以正常行車的，只是此處的框架電流（雜散電流）較大，而且無論本所及鄰所斷路器是否跳閘，此電流一直存在，靠開關的分閘無法解決此問題，所以，這種情況下斷路器跳閘并不能解決問題，只能派人去現場處理，對于此種情況下的框架跳閘僅設置為報警，不再聯跳相關開關。

根據以上分析，1#整流器、2#整流器、雙向變流器中均包含有正極和負極母排，直流設備（正極I段設備、正極II段設備）為斷路器柜，往往也設有負母排，用于電壓測量，所以也包含正極和負極母排，因此均需考慮正極碰殼與負極碰殼兩種情況;負極柜中僅有負母排，僅需考慮負極碰殼的情況。

所以，這6套框架泄漏保護中的電流保護應按以下方式設置：

（1）1#整流器的電流保護按電流正向跳閘（跳201、321）、電流反向報警。

（2）2#整流器的電流保護按電流正向跳閘（跳202、322）、電流反向報警。

（3）雙向變流器的電流保護按電流正向跳閘（跳203、311）、電流反向報警。

（4）正極I段設備的電流保護按電流正向跳閘（跳201、203、211、221、200A、200B、311、321、臨所斷路器）、電流反向報警。

（5）正極II段設備的電流保護按電流正向跳閘（跳202、231、241、200A、200B、322、臨所斷路器）、電流反向報警。

（6）負極柜的電流保護按電流正向和電流反向都報警（負極柜不會出現正向電流）。

3 直流母線及雙邊聯跳回路

由于彭家莊牽引所的重要性，避免發生框架電流型保護動作時將整個直流母線設備退出的可能性，采用了直流母線單母線分段的形式。在直流母線I段、II段分別設置母聯斷路器，此目的是為了當直流I段母線發生框架動作時將所有電源點切除，因此需要聯跳直流II段對應的開關（此時直流I段母線與直流II段母線的關系等同于常規牽引所直流母線與臨所直流母線的關系），因此需要在直流II段設置母聯斷路器，同理當直流II段母線發生框架動作時也需要在直流I段設置母聯斷路器。

由于彭家莊站為線路末端站，按照正常配置僅需要設置兩臺直流饋線柜即可，為了避免框架保護動作后將直流饋線退出的可能性，主接線按照4路直流饋線進行配置，并且增加了接觸網聯絡開關2113及2124。當I段框架保護動作退出I段的直流饋線時，可以通過II段直流母線經II段的直流饋線柜供電（接觸網聯絡開關2113、2124合閘）。

由于直流母線采用的分段，并且框架分別動作的形式，因此變電所土建布置時也將直流柜I段II段分開布置，母聯斷路器柜221及231之間采用電纜連接。

由于常規牽引所不存在231（241）斷路器與烈士陵園213（214）斷路器同時給供電臂供電的工況，所以不存在雙邊聯跳回路，但是由于彭家莊站直流單母線的分段存在以上供電的工況（直流I段設備退出時，由直流II段斷路器及臨站相關斷路器共同給區間供電），因此需要考慮以上斷路器相互之間的聯跳回路。具體見圖2。