地鐵直流牽引變電所保護原理解讀

廖勇

◆摘? 要：現階段，我國已經將地鐵確定為城市交通發展的重中之重，地鐵中一個重要組成部分是地鐵直流變電所。當前地鐵直流變電所仍然處于發展的初級階段，想要實現地鐵交通的快速發展，就需要深入研究和分析直流保護，從而促進其向國際主流進行轉變。基于此，本文進一步解讀地鐵直流牽引變電所保護原理，希望給有關機構提供參考與借鑒。

◆關鍵詞：地鐵;直流牽引;變電所;保護原理

目前，城市公共交通發展的主要原則是設備國有化，地鐵在城市交通發展中處于核心地位。由于國家在保護地鐵直流供電繼電領域，還不夠成熟，因此，需要從國外引進地鐵直流保護設備。據了解，直流保護設備原理的復雜性并不高，從理論上看，實現功能沒有障礙。相信很快占領我國市場并成為國際主流的國產直流保護設備就會出現。

一、保護大電流脫扣

在近端短路故障中會普遍應用主保護，通常在短路器本體安置它：將Im假設為列車的正常運行電流，定值整定是I>KIm，一旦檢測電流大于定值，跳閘現象就會出現，非常短暫的時間，由此看來，大電流脫扣保護靈敏性十分高，能夠保護電流。

二、保護電流上升率和電流增量

目前廣泛使用的方式是饋線主保護，該種方式可以對近端電流切除，也可以將大電流脫扣不能切除的電流故障切除，具體原理是：上升電流和增量電流的朱要原件是瞬時跳閘和延時跳閘，將電流大小作為依據，進一步判斷故障：

定值A的啟動判斷可以確定為電流變化率di dt，啟動完成后，分別計算采樣點di dt和瞬時數值ΔT，電流增量使用ΔT來表示，對跳閘的具體判斷是;

首先，如果di dt大于定值A，判斷依據是ΔT是否超過定值C;其次，如果di dt小于定值A，不能立即返回保護，然而，在ΔT2 時間內，就需要瞬時采集di dt和ΔT：1、ΔT大于定值，保護立刻跳閘;2、ΔT在定值C以下，且A大于di dt，保護會返回;3、ΔT小于定值C，di dt大于A，就會回到1中繼續判斷。

在瞬時跳閘中，整定定值十分關鍵，必須在多種情況下包括近端短路、近接觸網、列車啟動等情況下的電流變化曲線中，將C、A、ΔT2 確定下來：選取電流C值是這個步驟的重中之重。

一些沒有發生短路但是情況極端時，會使電流迅速上升，再突然下降，這時很難對定值進行選擇：此時對ΔT3 值可以合理增加，從而啟動保護電流，達到ΔT3 時，保持水平狀態，在此過程中，無法判斷ΔT，為將極端情況減少，需要保持非常小的ΔT3 值，通常為十幾秒。

三、保護定時限定電流

定時限定電流有兩個定值，分別是啟動電流和延時時間ΔT，電流大于I時，會同時啟動保護和定時器，在定時器規定時間內，電流在定值內，則跳閘時定時器時間會到達ΔT時;相反，如果電流一直在定值內，就會出現保護返回情況。

如果問題出現在短路電流極小的位置，在不能合理設置電流上升率和電流增量時，跳閘就不能正常進行，而且要求進行后備保護。

通常情況下，在兩端符合最大電流峰值位置將電流定值I選取到，將幾百秒范圍內的ΔT選取到后就要對短路進行嚴格計算。

四、保護接觸網熱過負荷

這種保護方式主要目標是降低熱過負荷出現故障的概率，然而，短路故障只是存在一定可能性。主要工作原理需要以長度、接觸網電阻率、電阻率等為依據，將接觸網發熱量計算出來，再對經驗公式進行充分利用，從而將接觸網電纜溫度計算出來，一旦測量電纜溫度大于T alarm，警報聲就會發出，在數值大于T trip時，就將直流開關提供給此接觸網供電直流，跳開開關后，電纜會逐漸冷卻，溫度會隨之下降，這是具有十分復雜計算步驟的溫升法，采用反時負荷保護是最為簡單的方法，換言之，倍數越大的電流過載，其允許持續時間反而會縮短。

五、保護自動重合閘

排除永久性短路情況后，在保護供電質量方面自動重合閘能夠發揮巨大作用。然而，對于直流斷路器而言，禁止發生故障導致跳閘情況，因此，有必要在電路永久性短路之前對合閘進行操作，主要內容是：跳開a秒后的開關需要間隔n秒，在接觸網內增加電壓，從而檢測短路，連續檢測m次，如果每次檢測均能發現故障，可以將其判斷為永久性短路。非永久性短路故障需要滿足一定條件，即連續檢測K次后，K不小于1不大于m，用戶可以修改a、n、m、K的大小。

六、保護雙邊聯跳閘

雙邊接觸網是一種比較普遍的保護，在有兩個變電站的統一地區，首先信號由感知短路發出，在本站開關跳開的同時，跳閘信號也會給本冊聯動發出，在信號傳輸至相鄰站后，出現跳閘并將開關斷開，通過對雙邊聯跳的應用，使得一個發生正確跳閘后，另一個也隨之跳閘，為安全行駛提供保障。

七、結束語

綜上所述，現階段，仍然有各種短路、接地、過負荷故障出現在地鐵直流牽引變電配置的直流保護中，這些故障已經基本被切除。對于國內保護設備制造商而言，想要制造出廣泛使用的直流保護，還需要及時應用新工藝、新技術，對地鐵變電形式進行創新，從而促進地鐵持續發展與不斷壯大。

參考文獻

[1]李慶臣，柏曉鶴.地鐵雜散電流對管道陰保的影響及措施[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（18）：133-134.

[2]劉路鵬，錢雪軍.地鐵電力調度監控系統的仿真及其應用[J].鐵路計算機應用，2020，29（07）：62-66.

[3]伍圣山.城市軌道交通DC1500V供電系統分析[J].科技經濟導刊，2019，27（14）：97+3.

[4]金雪豐，李正茂，胡振.基于時域微分的地鐵直流供電系統故障定位仿真[J].船電技術，2017，37（04）：67-70.