地铁直流牵引供电系统的接地保护.docx

地铁直流牵引供电系统的接地保护g ro u n d in g p ro tec t io n o f d c supp ly sy stemfo r su bw ay t rac t io n北京市地铁总公司赵书民曾晶晶(北京 100088)【摘要】 基于地铁变电站直流电力设备的不同安装方式, 介绍了地铁直流牵引供电系统几种不同的接 地保护方式及其特性, 指出了今后地铁直流接地保护的研究方向。【关键词】 地铁供电设备直流接地保护综合一体化0前言地铁中所运行的直流供电设备的运行环境与地图 1 地铁直流接地保护方案面上的直流设备是不同的, 除了自成一体的地下建筑结构外, 大多数的地铁直流牵引供电系统以走行 轨作为负极回流。 因为走行轨与建筑结构之间呈低阻联接状态, 这样负极接地现象总是若隐若现地存 在着, 并构成了地铁特有的迷流现象。一般这种负极 接地不会对设备和人身构成大的危害, 但却是一个故障隐患, 一旦发生正极接地就会通过“结构地”形成正负极短路故障, 对设备和人身构成极大的危害。 由于地铁的特殊环境, 其牵引供电线路长, 线路 接地所形成的末端短路故障电流往往小于电力机车 的启动电流。 使用简单的整定值式的继电保护装置是无法保护线路接地故障的。因此, 直流牵引供电系 统接地故障保护装置的研究对地铁是十分必要的。图 2 6464 m 接地保护路提供直流工作电源, 64 线圈是保护继电器, 当接 地故障发生时, 起动相应的断路器跳闸回路; 64 m 线圈则是监视继电器, 故障时发出故障信号。正常情况: 64 继电器不受电, 常闭接点闭合; 64 m 继电器 受电, 常开接点闭合。 故障情况: 正母线接壳或接 壳接地, 壳对地电位升高, 当升高值大于 64 继电器 动作整定值, 64 受电并起动跳闸回路; 64 m 失电释 放发出报警信号。 负母线与设备外壳之间的绝缘1地铁直流接地保护配置如图 1 所示, 目前国际、国内地铁所采用的直流接地保护, 可分为变电站内直流电力设备接地保护和线路接地保护两部分, 而电力设备接地保护方式 又可根据设备的安装方法分成几类, 分述如下。破坏而发生短接时, 继电器 64 m的线圈即被短接,因此, 继电器 64 m 线圈失电释放发出报警信号。同理该装置也具有监视辅助电源失电及电力设备外壳 对地绝缘层损坏的功能。2绝缘安装方式及对应的接地保护将直流电力设备 ( 包括与主回路有电气联接的3简单绝缘处理及电压、电流综合监控接地保护本方法实质上是一种非绝缘法安装, 将直流供辅助设备) 安装在与大地绝缘的地带或绝缘平台上,安装方法要满足国家电力部门绝缘法安装标准, 铺 设绝缘层、绝缘瓷瓶等, 然后再设置接地保护系统。其直流接地保护系统的设置如图 2 所示。电设备与地之间做简单绝缘处理, 然后设专用的接地导体将直流供电设备外壳接地。同时, 在整个变电 27 交流 220 v电源通过桥式整流后向接地保护回1998 年第 6 期中国电力第 31 卷站牵引直流系统统一设置电压、电流综合监控接地保护系统。 如图 3 所示, 它是由两部分组成: 一个是 电压监控保护装置, 用来保护直流馈电出口; 另一个 是电流监控保护装置, 用来保护直流供电设备的柜 体。 它有如下几个特点:(1) 电压监视控制装置。当直流供电出口的线路 发生接地时, 负母线对地电压升高。在此电压的作用 下, 经电压监控装置的检测处理, 然后发出直流快速 断路器分断指令, 进而切断直流供电电源。(2) 电流监视控制装置。直流供电设备的外壳通 过专用的导体经分流器后接地。 分流器向电流监控 装置提供电压检测信号。 当直流系统正极接壳接地 时, 在分流器中电流增大, 分流器的输出电压值升 高, 电流监控装置的检测系统发出故障状态指令, 并 作用于直流开关的跳闸回路, 进而切断电源。图 4 直接接地的安装及接地保护方式5站台设备的接地过电压保护大多数城市地铁都采用三轨供电或接触网供电, 并采用走行轨回流的供电方式 (少数地铁采用第四 轨回流)。 按照国家标准地铁直流牵引供电系 统的规定: 直流馈电的正、负线均不接地, 即地铁直 流牵引供电系统的正、负极对地都应是绝缘的。但由 于运行线路长、且地铁经过长期运行后, 走行轨对地 存在泄漏电阻, 走行轨对地也就存在电位差, 一般情 况走行轨对地电位应小于 60 v , 在轨道上运行的电 力机车的车身与走行轨是同电位。 当线路上发生三 轨接地故障时, 正极电位降低, 走行轨对地电位升 高, 致使运行在线路上的机车车身带危险电压。为防 止危险电压危及上、下地铁电动客车乘客的人身安 全, 在地铁车站站台上设置了保护措施, 其保护措施 的方法主要有如下两种。(1) 对车站站台进行绝缘处理 当地铁直流供电系统发生正极接地故障时, 使走行轨对地电压增大, 此时地铁电动客车车体带危 险电压, 对乘客上、下列车构成触电危险。 如果将车站靠隧道侧 2 m 范围内的站台进行绝缘处理, 上、 下车人员将处在与大地绝缘的地带, 即使接触车体,人体与车体也是处在等电位, 不会发生危险。(2) 在车站站台设置自复式过电压保护装置 自复式过电压保护装置的接线、工作状态和使用要求如图 5 所示, 在信号用阻抗变换器的中心安装电压监测装置。 其中, v. m . c 具有两个功能: 监视走行轨对地电压; 当所监视的电压超过设定的电压值时, 发出合闸控制指 令, 使 断 路 器 cb 合 上。 此时走行轨电位被地钳制, 危险电位随之消失。v. m . c 的电压整定值可设定为两级, 达到第 一级整定值时, v. m . c 延时发出合闸指令, 使 cb合闸。 在断路器 cb 合闸数秒后, v. m . c 发出分断 指令, 使断路器 cb 分断。如果此时走行轨对地电压已低于第一级整定值, 该保护装置则自动恢复到监视状态。(下转第 56 页)( 3) i、u综合接地保护方式属非绝缘法接地保护系列, 因此, 不对负母线接地的情况进行保护和发预告信号。 也不能有效地保护供电线路末端的接地 故障和瞬时的电弧接地。因此, 需要与其它保护装置 配合使用。图 3 电压、电流综合监控接地保护4直接接地安装及电压监视接地保护该方案属于非绝缘法安装, 将直流电力设备不作任何绝缘处理, 直接与地接触, 并加装特制的地线, 然后在负母线与地之间设置接地保护装置。如图4 所示, 负母线经电压继电器 yj 后接地。 当发生正 母线接地故障时, 正母线电压降低、负母线电压升 高, yj 继电器受电动作, 发出接地故障信号并起动 中间继电器 zj , 进而使直流断路器快速跳闸、切断 直流电源。对负极接地状态则不作任何反应。但 yj 电压继电器的整定值需要仔细斟酌。 28 1998 年第 6 期中国电力第 31 卷(经过喷镀处理) 已运行 15 840 h , 检查转子发现:转子后盘出口处沿焊缝有一道 200 mm 15 mm 5 mm ( 长宽深) 的犁沟磨痕。 若小修时用耐磨焊条进行堆焊处理, 预计转子可运行 2 个大修周期 ( 6年)。8 号炉排粉机运行 7 200 h 后检查转子, 其叶片 工作面没有发现明显的冲刷磨痕。313 提高了风机运行可靠性由于m 6231 型排粉机转子采用后向叶片, 流动 稳定性好, 叶片不易磨损的特点, 使该种风机运行可靠性正常高。通过与 7 号炉甲侧 7229 型排粉机比较 发现: 正常运行时, 甲侧排粉机轴承座承力侧的最大振幅维持在 0105 mm , 7 号炉乙侧 6231 型排粉机却 维持在 0103 mm 。排粉机轴承使用寿命相对得到提高, 以往排粉机推力轴承频繁损坏的现象, 得到了改观。314 提高了制粉系统的最大出力改进前, 制粉系统最大出力时的系统负压只能 维持在 7 845 p a。改进后可提高到 8 336 8 826 p a,提高了制粉系统的最大出力。 现在在煤质变差时也能有效保证锅炉燃烧量的要求, 并且在煤质较好的 情况, 单套制粉系统可满足锅炉 90 100 m w 的负 荷燃烧量。 在锅炉频繁调峰中, 提高了调节余量, 延 长了制粉系统停运时间, 降低了制粉电耗和钢耗。现象。3排粉机换型后的效果分析311提高了风机效率, 降低了制粉电耗m 6231 型风机具有节约能源、效率高 ( 正常工 作效率 80% 85% )、噪声低、气流稳定性好、性能曲 线 平 坦、高 效 区 域 宽 ( 风 量 在 50 100 119 000m 3 h 之间, 效率可保持在 81% 以上)、电动机不易 过载、加工维修方便等特点。该 厂 排 粉 机 换 型 改 造 后, 排 粉 机 效 率 由68125% 提高到 80195% 。排粉机电流由改前的 38 a下降到 30 a 33 a , 正常运行时排粉机每小时的耗电 量, 由 改 前 的 332降 低 到kwh262 288 kw h , 每 台 排 粉 机 每 年 可 节 电 0155gw h。最大系统负压升高了 490 981 p a , 提高了 制粉系统的最大出力。312减小了叶片的磨损, 提高了转子使用寿命7229 型风机转子由 20 个前弯叶片与前后盘焊 接而成, 叶片出口角 2 为 80, 可有效避免煤粉淤积。但是该种风机容易磨损, 使用寿命短。排粉机转子使用寿命 6 000 h 左右。 在对转子采用喷镀处理 后, 排粉机转子使用寿命可提高到 13 000 h。m 6231 型排粉机转子由 12 个单直板后弯叶片 与前后盘焊接而成。该风机不仅流动稳定性好, 而且能减小气流对叶片的冲击, 可有效降低气流对风机 叶片的冲刷磨损。 改进后的 7 号炉乙侧排粉机转子(责任编辑孙家振)收稿日期: 1998203220(上接第 28 页)场确认排除故障并进行人工复位, 使 v. m . c 又处于电压监视状态。6结束语以上讨论仅是有关地铁直流接地保护的基本设置方法, 利用计算机技术实现自适应的接地保护技术应该是为期不远了, 同时将地铁牵引直流系统的 各类保护装置与直流接地保护装置综合、集成为一 体也是可行的。在深入研究地铁环境下, 牵引直