地铁直流牵引供电系统双边联跳保护.docx

第5卷 第 19期 2015 年 7 月水利水电工程地铁直流牵引供电系统双边联跳保护胡笑翔石家庄市轨道交通有限责任公司 石家庄市 050000摘 要：本文主要针对dc1500v系统的运行方式和双边联跳保护的动作原理以及双边联跳的应用进行简要分析，仅供参考。 关键词：地铁；直流牵引；供电系统；双边联跳保护中图分类号：u231文献标识码：a一、dc1500v 系统的运行方式1、直流供电系统 地铁牵引供电系统是直接为地铁列车提供动力的系统，保证了地铁列车高速、安全、可靠地运行。目前上海地铁牵引供 电采用双机组双边供电方式，牵引供电采用 dc1500v 电压等级， 全部】c1500v 设备的外壳与大地采用绝缘安装，仅有直流框 架保护装置的低阻电流继电器或分流器接在绝缘安装的直流设 备框架与地线之间，用以检测对地的漏电流。2、正常双边供电如图 1 所示，直流供电系统由 35kv 开关 (qla,q2a,q1b,q2b, qlc,q2c)、整流机组 ( 即整流变压器、整流器 )、直流进线隔离 开关、直流馈线开关 (bla-b4a,blb-b4b,blc-b4c)，负极隔离开 关、上网隔离开关 (dla-d4a,dlb-d4b,dlc-d4c), 越区隔离开关 (d12a,d34a,d12b,d34b,dl2c,d34c) 等组成。正常运行时，列车接 触网采用正常双边供电，直流母线通过 4 台直流馈线开关分别 向上、下行的接触网供电，两个相邻的牵引变电所 ( 以下简称 变电所 ) 同时向站间同一馈电区间接触网供电。如图 1 所示， 正常运行时的变电所 a 通过直流馈线开关 (b2a,b4a)、上网隔离 开关 (d2a,d4a) 和变电所 b 的直流馈线开关 (b1b,b3b)、上网隔 离开关 (d1b,d3b) 向列车 1 所在的上、下行接触网区域供电。 同样，正常运行的变电所 b 和变电所 c 向列车 2 所在的上、下 行接触网区域供电。图1直流1500v供电系统示意图 3、大双边供电当 1 套整流机组故障时，根据运行需要可由另套整流机组 供电，也可将故障变电所解列，由相邻变电所通过越区隔离开 关实现越区供电。如图 1 所示，若变电所 b 有 1 套整流机组故 障时，可由变电所 b 的另 1 套整流机组进行临时供电。也可以 将变电所 b 解列，合上变电所 b 处的接触网上、下行越区隔离 开关 d12b 和 d34b，由变电所 a 和变电所 c 联合向列车 1 和列 车 2 所在的上、下行接触网区域供电，即大双边供电。4、继电保护系统 直流供电系统的继电保护主要有电流保护和框架保护两种。电流保护主要测量正极电流的变化，配置了大电流脱扣保护、 电流上升率保护 (di/dt)、定时限过电流保护、电流增量保护 ( i) 等。框架保护通过测量流人大地的短路电流 ( 电流型 ) 或设备外 壳与负极之间的电位差 ( 电压型 ) 来触发保护动作，使直流馈线 开关跳闸。另外，为了使跳闸的直流馈线开关能在瞬时性短路故障消 除后尽快重新投人运行，供电系统还配置了带线路测试的重合 闸功能。当直流馈线开关因保护触发跳闸后，系统电压加在被 检测的线路上，对线路的剩余绝缘电阻上的电压进行测量和判 断。如果是瞬时性短路，则启动重合闸，恢复正常运行 ; 如果 是持续性的短路，则闭锁重合闸保持分闸状态。上述电流保护、框架保护和重合闸功能只能在近距离与中 距离范围切除短路故障和快速恢复供电，并不能完全消除保护 的死区。只有采用了双边联跳保护，并且与电流保护、框架保 护和重合闸功能配合使用，才能消除死区，确保运行安全。二、双边联跳保护的动作原理地铁供电系统保护的主要特殊性在于系统的“多电源”和 保护的“多死区”。所谓多电源，就是当接触网发生短路时， 并非仅单侧电源向短路点供电，而是两侧的变电所向短路点供 电。所谓多死区，是因为直流供电的特点和故障线路为强电阻 性，导致短路点与电源间的距离越远，检测到的短路电流越小， 从而形成保护上的“死区”。双边联跳保护的动作原理是 : 当短路故障临近其中一座变 电所时，临近故障点的变电所检测到的故障电流较大，继电保 护能够准确地使相应的馈线开关跳闸 ; 而处于末端的变电所检 测到的故障电流很小，继电保护的灵敏性较低。双边联跳电路 能直接向受到影响的相邻变电所发送联跳信号，相应的开关跳 闸，使处于故障末端的变电所及时切除故障，防止正常运行的 变电所向有故障的供电区段供电，满足牵引供电系统发生故障 时切断电源、消除死区的要求。如图 1 所示，变电所 a 和变电所 b 同时向列车 1 所在的 供电区域的上、下行接触网供电。如果变电所 a 附近的下行接 触网区域发生短路故障，变电所 a 的 b2a 保护跳闸，同时双边 联跳保护将发出信号，使同一供电区域内另一端的变电所 b 的 blb 跳闸。同样，如果变电所 b 的 bib 故障跳闸，则双边联跳 将跳开同一供电区间的变电所 a 的 boa 也跳闸。这样，同一个 故障供电区域内的变电所的相关开关都跳闸，从而达到切除并 隔离故障的目的。当然，根据运行的需要，在不同的故障情况下，双边联跳 方式也是不同的。当发生正极对负极短路时，需要联跳同一供 电区间的直流馈线开关，并启动重合闸功能 ; 当发生正极对地 短路时，需要联跳同一供电区间的直流馈线开关，并闭锁重合 闸功能 ; 当发生远端短路时，一般不需要联跳同一供电区间的水利水电工程第5卷 第 19期 2015 年 7 月直流馈线开关。 三、双边联跳的应用 1、双边联跳的实现方式各变电所的每个供电方向均配备联跳电缆，用于连接相 邻两变电所间同一供电区段的直流馈线开关，如图 2 所示。直 流馈线开关上设有联跳继电器，用于接收 / 发送联跳信号，联 跳继电器的动作则由安装在每台直流馈线开关上的微机型综 合继电保护保装置 ( 以下简称微机综保装置 ) 和安装在负极隔 离开关柜上的框架保护装置控。信号通过联跳电缆传输，电缆 ab,cd,ef,gh 为联跳电缆。根据故障类型，发出一个脉冲信号或一 个持续信号。在每个 dc1500v 馈线开关中，均设计了 k,k: 系列的双边 联跳信号发送继电器和 k3 系列的信号接收的继电器。如图 3 所示，以变电所 a 和变电所 b 为例，联跳控制开关为 dc220v 空气断路器，当开关合上时，双边联跳回路接通，双边联跳保 护功能打开 ; 反之，则双边联跳保护功能关闭。图2双边联跳线路框图如果变电所 a 电流保护动作，该微机综保装置则发出信号 断开 b2a，同时发出双边联跳信号，吸合 kla 的线圈，kla 的触 点合上 ; 于是图 3 中的变电所 a 的 b2a 开关与变电所 b 的 blb 开关之间的双边联跳回路接通，k3b 线圈带电，使 blb 开关上 连接微机综保装置跳闸回路的 k3b 的触点闭合，此微机综保装 置发出信号使变电所 b 的直流馈线开关 blb 跳闸，双边联跳动 作完成。若是变电所 b 的直流馈线开关 blb 电流保护跳闸，则 同样通过联跳回路使变电所 a 的直流馈线开关 b2a 跳闸。图3双边联跳回路示意图如果变电所 a 中发生框架保护动作，则框架保护装置断开 变电所 a 中的所有直流馈线开关 (bla,b2a,b3a,b4a)，同时，该装置发出双边联跳信号，联跳与变电所 a 中的直流馈线开关处 于同一供电区域的相邻变电所的直流馈线开关 (b1a,b3b)。为了 便于说明，仍以 b2a 和 blb 保护动作为例，当变电所 a 的框架 保护装置动作时，框架保护装置吸合 k2a 的线圈，k2a 的触点 合上，b2a 和 blb 之间的双边联跳回路接通，k3b 线圈带电，使 k3b 的触点合上，blb 上的微机综保装置发信号，使 blb 跳闸。 同样的动作原理也同时作用于 b1a,b3a,b4a，在此不再赘述。当 变电所 b 的框架保护动作时，也同样联跳变电所 a 和变电所 c。2、不同类型双边联跳方式的应用 地铁直流供电系统的故障从本质上讲有两种类型，即正极对负极短路和正极对大地短路。当发生正极对负极短路时，通 常由电流保护动作切除故障 ; 当发生正极对大地短路时，近端 短路由电流型框架保护动作切除故障，远端短路由电压型框架 保护动作切除故障。此外，当直流供电系统中有变电所因整流机组故障解列退 出运行时，解列变电所所在的供电区域将由正常的双边供电改 为大双边供电方式。通常以电流保护动作、电流型框架保护动作、 电压型框架保护动作、大双边供电 4 种双边联跳方式进行区分处理。2.1 电流保护动作时的双边联跳方式 电流保护动作通常是由直流正极对负极短路造成的。在实际运行中，此种故障中有相当一部分为瞬时性的短路故障，在 这种情况下，供电系统要求继电器线路的保护既要快速切除故 障，又要在确保安全的前提下尽快恢复供电。因此，当电流保护动作时，微机综保装置触发直流馈线开 关跳闸的变电所 ( 以下简称故障变电所 ) 故障直流馈线开关跳闸 ; 同时发出脉冲信号给 k1 系列，联跳相邻变电所与故障变电所 的故障直流馈线开关处于同一供电区域的直流馈线开关。双边联跳动作完成后，脉冲信号消失，随后启动故障变电 所与相邻变电所的直流馈线开关线路检测重合闸功能。如果线 路检测故障为瞬时性的短路故障，则允许重合闸 ; 如果线路检 测为持续性的短路故障，则不允许重合闸。各变电所在电流保护动作时的实际双边联跳情况见表 1。 表 1 电流保护动作时的双边联跳组合判别2.2电流型框架保护动作时的双边联跳方式 电流型框架保护装置测量元件的低阻电流继电器或分流器，是接在 dc1500v 设备外壳框架与地线之间的。直流设备的正极 对机柜外壳短路时，故障电流由框架保护装置流人大地，测量第5卷 第 19期 2015 年 7 月水利水电工程元件检测流过地线的漏电流，触发保护动作。 电流型框架保护动作大多是由于直流设备的正极元器件对外壳短路所引起的，此时短路电流很大并且一般都是持续性的 短路故障，造成的危害很大，因此要求继电保护迅速切除并可 靠地隔离故障。当电流型框架保护动作时，跳开故障变电所全部直流馈线 开关，并跳开故障变电所全部整流机组 35kv 开关 ; 同时发出持 续信号给所有直流馈线开关的 k2 系列联跳继电器，联跳相邻 变电所与故障变电所故障直流馈线开关处于同一供电区域的直 流馈线开关。同时框架保护装置发出的持续信号，闭锁故障变电所与相 邻变电所的直流馈线开关线路检测重合闸功能。只有当联跳信 号发出的变电所故障排除后，即持续的联跳信号消失后，断路 器才能够重新合闸。各变电所在电流型框架保护动作时的实际 双边联跳情况见表 2。表2电流型框架保护动作的双边联跳组合判别2.3 电压型框架保护动作时的双边联跳方式 电压型框架保护装置的测量保护元件是连接在框架与负极之间的。接触网与架空地线发生短路时，如果离故障点较远，漏电流较小，电流型框架保护往往不能检出故障，此时框架保 护检测外壳和负极之间的电位差。在正常无短路状态下，外壳 和负极之间的电位差很小，接触网接地故障发生时电位差迅速 变得很大，框架保护可以迅速动作。通常，电流检测作为框架 保护的主保护，电压检测作为后备保护。电压型框架保护动作的原因为变电所远端的短路故障，此 时故障电流小，电流型框架保护不能检出故障，电压型框架保 护作为其后备保护动作，只需将故障变电所与故障点进行可靠 隔离。因此，当电压型框架保护动作时，跳开故障变电所全部直 流馈线开关并跳开故障变电所全部的 1,2 号整流机组 35kv 开关， 不发出联跳信号联跳相邻变电所的直流馈线开关，但联跳后需 要闭锁故障变电所直流馈线开关的线路检测重合闸功能。结束语地铁直流牵引系统的继电保护和双边联跳是保障地铁安全 运行的重要保护措施，能够快速切除供电区间首末端的各种短 路。目前，国内外大多数厂家生产的直流开关柜都配置了继电 保护和双边联跳，继电保护和双边联跳的方式越来越复杂，功 能也越来越完善。在使用过程中，应该特别注意不同的供电方 式和不同类型