地鐵牽引供電系統直流饋線保護技術分析

趙福仟 白玉寶

摘要：在地鐵系統中，直流牽引供電系統是非常重要的組成部分，而饋線保護是確保供電系統能夠穩定、安全運行的核心技術。本文首先對直流牽引網短路電流的基本特性進行了介紹，然后說明了直流保護系統的基本設計要點，最后詳細討論了地鐵直流牽引供電系統的饋線保護技術，希望能為相關設計和技術工作者提供有益參考。

關鍵詞：地鐵;牽引供電系統;直流饋線保護技術

隨著我國經濟的迅速發展，城市軌道交通建設有了較快發展，但是軌道體系并沒有形成完善的配置，在一定程度上影響了軌道交通的正常運行。牽引供電系統作為地鐵系統的重要組成部分，提供了必要的牽引用電，而饋線保護是確保供電系統能夠穩定、安全運行的核心技術，對地鐵牽引供電系統直流饋線保護技術進行研究，能夠有效降低地鐵運行故障，為廣大市民帶來更為便利的交通出行體驗。

一、直流牽引網短路電流的基本特性

1. 通常而言，與地鐵啟動時產生的電流變化率變化過程相比較，中遠端產生的短路電流變化率會影響更長時間。

2. 直流牽引供電系統出現的饋線位置的地鐵起動電流與瞬時短路電流能夠在模型上設置為指數函數的形式。

3.與地鐵起動時出現的瞬時跳變量進行 比較，終端位置出現的短路電流反饋出的瞬時跳變量會非常大，但處于線路延伸狀態時則可能相反。

4.與負荷電流實際變化率相比較，短路電流反饋出的變化率通常比較高，但是遠距離短路電流反饋出的變化率比較短，終端短路反饋出的電流變化率與地鐵起動狀態下反饋出的最高電流變化率保持一致;在支流饋線連續延伸時，終端故障電流反饋出的電流變化率有一定可能性比負載電流變化率更低。

5.如果車流密度和直流饋線距離都臨近于一定值的情況下，最大負載電流在一定程度上不會低于終端短路電流。

二、直流保護系統的基本設計要點

直流牽引供電系統主要選擇直流開關裝置提供系統保護，在保護系統中，直流斷路器根據其功能設定可以區分為饋線斷路器和整流斷路器。直流饋線斷路器的主要作用是為饋線側提供牽引供電的實時控制與設備保護，能及時切斷出現的任何故障;整流斷路器的主要作用是為整流側提供直流輸出的實時控制與設備保護，如果整流器出現任何故障，就可以在第一時間將整流器中的全部直流輸出切斷。直流保護系統基本設計要點如下。

1. 分析屏蔽門和接觸網之間的出現的短路故障、隧道電纜支架和接觸網之間出現的短路、架空地線和接觸網之間出現的短路等特殊故障情況下的保護。

2.在地鐵運行過程中，直流保護系統需要最大限度的減少誤跳問題，以減少對地鐵正常運行的影響，即地鐵通過接觸網區段時可能產生沖擊電流的影響，以及對地鐵起動電流和電壓的影響。

3.應進一步加強不同保護設計的配合，確保直流系統發生短路故障時可以盡快排除故障，恢復地鐵正常運行。

三、地鐵牽引供電系統直流饋線保護技術

1.接觸網熱過載保護

接觸網熱過載保護屬于電流上升率保護的一種輔助保護措施。其基本工作原理是：根據接觸網的截面積、電流、長度、電阻率修正常數以及電阻率計算接觸網的實際發熱量，然后對接觸網的空氣比熱、通風量以及熱負荷特性等條件產生的影響進行分析，并根據經驗公式將接觸網準確的電纜溫度計算出來。當電纜溫度明顯比設定值高時則第一時間發送報警新號，并發出跳閘指令，保護接觸網。

2.電流增量保護和電流上升率保護

電流增量保護和電流上升率保護均為地鐵直流饋線保護當中的重要組成部分，不但可以有效切除近端短路電流，還可以切斷大電流跳閘保護因較小故障不能完全切斷的電流遠方短路故障。這一保護配置可以在一定程度上規避單獨電流增量保護的抑制和單獨電流上升率保護的干擾，執行的保護動作一般有延時跳閘和瞬時跳閘兩種，早期動作影響高速直流斷路器發執行斷開指令，而延時跳閘元件主要功能在于識別遠程短路電流，并執行跳閘指令。

3.定時過流保護

這一保護一般是電流增量保護和電流上升率保護的一種后備保護手段，其基礎功能是排除遠程短路故障，動作執行時間一般需要十幾秒到幾十秒，在進行故障部位排除時會存在一定延遲。在設定保護啟動值時，常分為負向設定值和正向設定值兩種。

4.自動重合閘

當直流系統發生短路故障時，對裝置動作進行保護，等到短路故障徹底排除后，恢復斷路器至正常狀態，系統恢復正常運行。在自動重合閘裝置中，如果線路故障的判定結果為永久性故障，則重合閘不會做出反應;如果變電站接通并跳閘，則應先關閉變電站，然后再打開重合閘;如果線路故障被手動打開，則自動重合閘不做出反應。

總結：直流饋線保護工作的好壞將會對地鐵供電系統的穩定和安全產生直接影響。所以，有關設計人員和技術人員應重視對直流牽引供電系統保護的理論與實踐研究，精研直流饋線保護系統的基本設計要點和核心技術措施，以有效加強直流饋線系統的保護效率。

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