城市轨道交通供电系统运行与维护课件：电力系统基础知识

电力系统基础知识

2、电压等级3、一次、二次设备主接线5、互感器继电保护基本原理断路器控制基本原理6、牵引供电计算7、二十四相脉波牵引整流机组1、常用电路公式、常用符号

、

基础知识4、中性点接地方式中压环网现在，我们大致认识一下地铁的供电系统一、基础知识

主变电所是城市轨道交通线路的主电源，由城市电网地区变电所提供两回独立可靠的110kV进线电源。

每座主变电所设置两台主变压器，将110kV电压变成35kV，供给车站牵引变电所和降压变电。

一、基础知识

牵引变电所（TrackingSubstation简称TS）是电力牵引的专用变电所。城市轨道交通牵引变电所将中压环网送来的电能通过整流转换为DC750V或DC1500V直流电，然后送到沿铁路线的接触网，为车辆供电。一、基础知识

降压变电所是城市轨道交通车站的动力和照明的总电源，它将来自中压环网的35kV电压降压为0.4kV电压，供车站各种机电设备和照明设备使用。一、基本电路知识--常用符号交流接地外壳三线电缆直流变压器电动机发电机避雷器G一、基本电路知识--常用符号负荷开关断路器熔断器隔离开关漏电开关漏电保护断路器电流互感器二供电系统基础知识---电压等级1）电压等级电压等级（voltageclass）电力系统及电力设备的额定电压级别系列。目前中国常用的电压等级：380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，750Kv、1000kV，以及DC800kV。根据IEC60038/GB10056标准，电力系统的电压等级高压、中压、低压划分如下：低压：1000V以下中压：10kV,20kV,35kV高压/超高压：110kV,220kV,330kV,500kV特高压：DC800kV，AC1000kV二供电系统基础知识---电压等级2）额定电压额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍然能正常运行。电力系统设备的额定电压，是指额定线电压，是指三相交流电的线电压有效值。也就是我们通常所说的上述交流电压，例如交流电的380V电压是指线电压有效值为380V。其正弦波的最大值为其有效值的根号2倍，就是380*1.414，大约是537V。二供电系统基础知识---电压等级3）绝缘电压绝缘电压是电气设备工作的最高耐受电压。如国家标准中的12kv，40.5kv指的是电气设备最高电压，即绝缘电压，分别对应10KV和35KV系统。国铁系统牵引变电所输出电压是27.5kV，交流接触网的额定电压是25KV，接触网最高电压，即绝缘电压是31.5KV。二供电系统基础知识---一次二次设备1.1.1一次、二次设备电力系统一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设备，如发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等。

一次设备通常包含以下五类：

（1）、能量转换设备（如发电机、变压器、电动机等）

（2）、开关设备（断路器、熔断器、负荷开关、隔离开关等）

（3）、载流导体（母线、绝缘子和电缆等）

（4）、互感器（电压、电流等互感器）

（5）、电抗器和避雷器（电抗器主要用于限制电路中的短路电流；避雷器则用于限制电气设备的过电压）二供电系统基础知识---一次二次设备1.1.1一次、二次设备断路器，能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(包括短路条件)下的电流的开关装置。二供电系统基础知识---一次二次设备1.1.1一次、二次设备

隔离开关(俗称"刀闸")，一般指的是高压隔离开关，即额定电压在1kV及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能先用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关。二供电系统基础知识---一次二次设备1.1.1一次、二次设备负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。二供电系统基础知识---一次二次设备1一次、二次设备对一次设备进行控制、保护和测量作用的设备叫做二次设备，如继电器，控制开关，指示灯，测量仪表等。二者之间最大的差别就在于所针对的电压等级不同。一次设备是根据高压侧来设计的,所带电压是强电，二次设备基本带的是弱电。

二供电系统基础知识---电气主接线变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，是由各主要电气设备（包括变压器、开关电器、母线、互感器及连接线路等）按一定顺序连接而成的、接受和分配电能的总电路。电气主接线的基本形式分为有母线接线和无母线接线二供电系统基础知识---电气主接线单母线：单母线接线的每一回路都各自通过一台断路器和一台母线隔离开关接到这条母线上。分段指母线分为两段，并由母联开关连接，每段母线分别连接一台变压器。如下图中的35kV侧的接线。双母线：并联的2条单母线。二供电系统基础知识---电气主接线线路变压器组：线路变压器组接线就是线路和变压器直接相连的接线方式。这是一种最简单的接线方式，其特点是设备少、投资省，但灵活性、可靠性和可扩展性较低。二供电系统基础知识---电气主接线城市轨道交通主变电所的110kV侧通常采用的是2路进线，线路-变压器组接线方式。如果不需考虑这两路进线相互支援时，采用2路线路-变压器组接线。如果必须考虑外电源相互支持，则需要在2路“线路-变压器组接线”之间增加桥形接线（起到110kV母联开关作用），形成内桥接线和外桥接线。

如果供电系统运行方式必须考虑外电源相互支持，则需要在2路“线路-变压器组接线”之间增加桥形接线（起到110kV母联开关作用），形成内桥接线和外桥接线。二供电系统基础知识---电气主接线1.1内桥形接线对于线路-变压器组接线，如果必须考虑进线电源相互支持，则需要2个线路-变压器组之间建立“桥”，如果桥的连接点在变压器高压侧开关与变压器之间，则称为内桥接线。二供电系统基础知识---电气主接线1.1内桥形接线二供电系统基础知识---电气主接线1.1内桥形接线一次设备编号原则：变压器：1#变、2#变110KV系列：编号1XX1#2#变压器变高侧开关：101、102；其线路侧刀闸：1011、1021；其变压器侧刀闸：1013、1023。110KV线路开关：111开始；其线路侧刀闸：1111；其母线侧刀闸：1113。110KV母联开关：100；其I段母线侧刀闸：1011；其Ⅱ段母线侧刀闸：1021。35KV系列：编号3XX1#2#变压器变高侧开关：301、302；其线路侧刀闸：3011、3021；其变压器侧刀闸：3013、3023。35KV线路开关：311开始；其线路侧刀闸：3111；其母线侧刀闸：3113。35KV母联开关：300；其I段母线侧刀闸：3011；其Ⅱ段母线侧刀闸：3021。二供电系统基础知识---电气主接线1.1内桥形接线110kV母联在两台变压器开关的内侧，靠近变压器侧。在线路的断路器检修时，通过内桥连接，可由另一回线路向检修线路的变压器供电。为了增加运行方式的灵活性，内桥主接线有时会在线路侧增加隔离开关组成的跨条，跨接2条线路。如上图的虚线所示。该接线的运行方式简单且投资少，是城市轨道交通最主流的110kV接线。二供电系统基础知识---电气主接线1.2外桥形接线对于线路-变压器组接线，如果必须考虑进线电源相互支持，则需要2个线路-变压器组之间建立“桥”，如果桥的连接点在变压器高压侧开关与线路之间，则称为外桥接线。二供电系统基础知识---电气主接线1.2外桥形接线二供电系统基础知识---电气主接线1.2外桥形接线110kV母联在两台变压器开关的外侧，靠近进线侧。由于外桥形接线适用于线路有穿越功率的场合（来自城市电网的需求），在线路的断路器检修时，变压器需要停运，故在城市轨道交通建设中，极少采用外桥形接线。为了增加运行方式的灵活性，外桥主接线有时会在变压器侧增加隔离开关组成的跨条，跨接2条线路。如上图的虚线所示。适用范围：电源线路较短，故障率较少。基本不采用这种接线形式。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线1)110kV主变电所：110kV侧主接线采用内桥接线、外桥接线或线路变压器组接线，以内桥接线为主；35kV侧采用分段单母线接线。2）35kV牵引变电所：35kV侧分段单母线接线，设母联开关。每段母线一路进线，一路出线（供电分区的终端站无出线）。2台整流机组接入同一段母线。直流母线采用单母线接线，不分段。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线1)110kV主变电所：110kV侧主接线采用内桥接线、外桥接线或线路变压器组接线，以内桥接线为主；35kV侧采用分段单母线接线。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线2）35kV牵引变电所：35kV侧分段单母线接线，设母联开关。每段母线一路进线，一路出线（供电分区的终端站无出线）。2台整流机组接入同一段母线。直流母线采用单母线接线，不分段。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线3）35kV降压变电所：35kV侧分段单母线接线，设母联开关。每段母线一路进线，一路出线（供电分区的终端站无出线）。2降压变压器接入不同段母线。0.4kV侧采用分段单母线接线，设母联开关。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线4）35kV牵引降压混合变电所：35kV侧分段单母线，设母联开关。每段母线一路进线，一路出线（供电分区的终端站无出线）。2台整流机组接入同一段母线。2降压变压器接入不同段母线。直流母线采用单母线接线，不分段。0.4kV侧采用分段单母线，设母联开关。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线5）35kV跟随降压变电所：35kV侧采用线路变压器组接线，设置2套线路变压器组。0.4kV侧采用分段单母线接线，设母联开关。二供电系统基础知识---电气主接线1.3城市轨道交通主接线6）另外，城市轨道交通35kV中压网络采用分区供电，每个分区采用“环网接线”，称为中压环网。二供电系统基础知识--中性点接地方式Lesson3中性点是指变压器或发电机Y形绕组的公共点。接地后的中性点是电力系统的零电位点。变压器中性点接地方式有三种接地方式：中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式、中性点直接接地方式。前两种接地系统因为接地短路电流比较小，故统称为小接地电流系统；后一种接地系统因为接地短路电流比较大又称为大接地电流系统。1）中性点不接地方式中性点不接地方式：对应的变压器绕组为△型接线，没有引出的中性点。优点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相的相序不变，且理论上没故障相有接地电流，因此，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两小时之内，因此供电的可用性高。缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的√3倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。二供电系统基础知识--中性点接地方式2）中性点经消弧线圈接地方式中性点不接地电力网发生接地时，仍可继续运行2小时，但若接地电流过大，会产生持续性电弧，威胁电气设备，其弧光甚至导致三相或二相短路。因此，产生了中性点经消弧线圈接地方式，以熄灭瞬时接地引起的弧光危害。二供电系统基础知识--中性点接地方式中性点经消弧线圈接地方式：通过△/Y接地变压器方式接地。如下图所示。二供电系统基础知识--中性点接地方式2）中性点经消弧线圈接地方式消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，装设在变压器的中性点。当发生单相接地故障时，可形成一个与接地电容电流大小接近相等而方向相反的电感电流，这个滞后电压90°的电感电流与超前电压90°的电容电流相互补偿，最后使流经接地处的电流变得很小以至等于零，从而消除了接地处的电弧以及由它可能产生的危害。消弧线圈的名称也是这么得来的。当电容电流等于电感电流的时候称为全补偿；当电容电流大于电感电流的时候称为欠补偿；当电容电流小于电感的电流的时候称为过补偿。一般都采用过补偿，这样消弧线圈有一定的裕度，不至于发生谐振而产生过电压。二供电系统基础知识--中性点接地方式2）中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式的优点是：●发生瞬间单相接地故障时，能被消弧线圈自动消除。●发生永久性接地故障时，有较大的短路电流，非对称接地还有零序电流，使得继电保护会动作于开关跳闸，消除故障。中性点经消弧线圈接地方式的缺点是：●尽管装设有消弧线圈，但是仍然会存在类似于不接地系统的过电压现象，因此，对电气设备的绝缘等级仍然要求比较高。●短路电流相对较小，虽然能相对减小对电气设备的危害，但是这也局限了继电保护的选择性和速动性，给保护的配合带来难度。二供电系统基础知识--中性点接地方式3）中性点直接接地方式中性点直接接地方式：对应的变压器绕组为Y型接线，其中性点直接接地。中性点直接接地的系统又称大接地电流系统；主要用在110KV及以上的供电系统和0.4KV供电系统。其特点是：中性点接地时，即使发生单相接地故障，也可使相电压固定不变，因此绝缘等级可以按相电压设计而不是线电压。随着电压等级的升高，设备绝缘费用所占比重也越来越大，所以，110kV及以上系统均采用中性点直接接地方式。0.4kV配电系统，也采用中性点直接接地，以确保任何接地故障时有接地电流导致跳闸，从而确保用电安全。二供电系统基础知识--中性点接地方式3）中性点直接接地方式中性点直接接地方式的优点是：●电气设备的绝缘等级按相电压设计，绝缘成本较低。●短路电流相对较大，继电保护的运行方式和定值整定比较容易。中性点直接接地方式的缺点是：●电力系统发生单相金属性接地时，如果接地电流超过规定的数值时，电弧将不能熄灭，瞬间接地故障会发展成为永久性故障。二供电系统基础知识--中性点接地方式3）中性点直接接地方式城市轨道交通供电系统接地方式如下：110kV主变电所：变压器的110kV侧采用中性点直接接地的接地方式，35KV侧设有采用△/Y接线的接地变压器，在Y绕组的的中性点采用小电阻接地的接地方式。35kV牵引变电所：变压器的35kV侧采用中性点不接地的接地方式。直流侧负极柜也不接地。35kV降压变电所：变压器的35kV侧采用中性点不接地的接地方式，0.4kV侧采用中性点直接接地的接地方式。二供电系统基础知识--中性点接地方式二供电系统基础知识–

互感器lesson4电力系统在运行中，需要测量运行电压和负荷电流，还需要具备完善的继电保护装置。但由于绝缘的要求，测量仪表和继电器制造工艺等方面的原因，用电气测量仪表无法直接测量高电压和大电流，继电器也无法直接接入系统。

为此，在电力系统中采用了电压和电流变换装置，称之为互感器。

采用了互感器之后，测量仪表和继电保护装置不用直接与高电压连接，从而保证了电气测量和继电保护工作的安全。二供电系统基础知识–

互感器

互感器分为电流互感器（也叫CT，CurrentTransfer）和电压互感器（也叫VT，VoltageTransfer，或PT，PotentialTransfer）。

电压互作用是把高电压按比例关系变换成0~100V（相电压）的二次电压，以供测量和继电保护之用。100V对应高压侧的额定电压。感器（PT）：

电流互感器（CT）：作用是把交流电路中的大电流转换为0~5安倍的二次电流，以供测量和继电保护之用。5A对应高压侧的额定电流。二供电系统基础知识–

互感器

1、电压互感器

电压互感器的工作原理与变压器相同，其结构亦是由铁芯、一次线圈、二次线圈及结构物组成。由于电压互感器是并联在一次侧，因此电压互感器输出容量接近于空载运行，其本身的短路阻抗也很小。因此，电压互感器允许开路，不允许短路。

电压互感器的二次侧标准额定电压为100V。被测电压=电压表读数

N1/N2由于原边是并联在一次侧，因此原边可以开路，但是不能短路，因此副边也不能短路，否则产生大电流，严重时烧毁互感器。铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。二供电系统基础知识–

互感器

2、电流互感器

电流互感器的工作原理也与变压器相同，其结构亦是由铁芯、一次线圈、二次线圈及结构物组成。由于电流互感器是原边串联在一次侧，因此原边可以短路，但是不能开路，因此副边也不能开路，否则产生大电压，严重时击穿互感器。电流互感器的二次侧标准额定电流为5A或1A。被测电流=电流表读数

N2/N1副边不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。二供电系统基础知识--

继电保护继电保护装置就是用来处理电力系统故障和不正常状态的装置。故障：短路和断线开路，最常见也是最危险的故障是各种形式的短路。不正常状态：电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏，但并未发生短路故障，这种情况属于不正常运行状态，比如设备过负荷、温度过高、小电流接地系统中的单相接地等。短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。二供电系统基础知识--

继电保护

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电五个环节组成的。这五个环节环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成发电、变电、输电、配电和用电的功能。

在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起的，形成全国性的大网络，由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。

例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏，还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏。二供电系统基础知识--

继电保护

1故障的种类：●单相接地故障：单相接地短路是最常见的故障，约占全部故障几率的80%以上；●

两相接地短路：两相接地短路故障一般不超过全部故障几率的10%；●

两相短路及三相短路：两相短路及三相短路故障相对较少，一般不超过全部故障几率的5%。但是这种故障比较严重，故障发生后要求迅速切除故障；●

断相：断相故障包括线路断线、断路器断相等。故障几率更小，约为1%；●绕组匝间短路：这种故障发生在发电机、变压器、调相机、电动机等电机电器内部的绕组中，故障几率极小，但是能严重损坏设备。二供电系统基础知识--

继电保护2造成短路的主要原因：造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部短路故障70%。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的电动力，使设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。二供电系统基础知识--

继电保护

3电力系统发生短路可能产生的后果：●

故障点所燃烧电弧使故障元件损坏。●

短路电流通过非故障元件，产生发热和电动力，使非故障元件损坏或降低使用寿命。●

电力系统部分地区电压降低，影响用户工作稳定性或影响工厂产品质量。●

破坏电力系统并列运行的稳定。二供电系统基础知识--

继电保护4短路电流和系统运行方式的关系：供电系统的短路电流大小与系统的运行方式有很大的关系。系统的运行方式可分为最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式下电源系统中发电机组投运多，双回输电线路及并联变压器均全部运行。此时，整个系统的总的短路阻抗最小，短路电流最大；反之，最小运行方式下由于电源中一部分发电机、变压器及输电线路解列，一些并联变压器为保证处于最佳运行状态也采用分列运行，这样使总的短路阻抗变大，短路电流也相应的减少。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征电力系统发生故障后，会引起工频（50hz的频率）电气量（电流、电压、相角、阻抗、相序等）的变化，其主要特征是：●电流增大：短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征电力系统发生故障后，会引起工频（50hz的频率）电气量（电流、电压、相角、阻抗、相序等）的变化，其主要特征是：●电压降低：当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征电力系统发生故障后，会引起工频（50hz的频率）电气量（电流、电压、相角、阻抗、相序等）的变化，其主要特征是：●电流与电压之间的相位角改变：正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征电力系统发生故障后，会引起工频（50hz的频率）电气量（电流、电压、相角、阻抗、相序等）的变化，其主要特征是：●测量阻抗发生变化：测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征电力系统发生故障后，会引起工频（50hz的频率）电气量（电流、电压、相角、阻抗、相序等）的变化，其主要特征是：●不对称短路时，出现相序分量：如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。二供电系统基础知识--

继电保护5故障特征

利用以上短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。如，电流保护、电压保护、阻抗保护、差动保护（电流和相位差动）等。二供电系统基础知识--

继电保护图：继电保护示意图测量部分：传感回路、信息采集、滤波和算法。逻辑部分：故障分析、逻辑判别、定值门槛。执行部分：控制开关行为的具体电路。信息记录：故障录波、事件记录、通讯。电力系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的变化。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理和类型的继电保护。二供电系统基础知识--

继电保护6继电保护的种类：●

反映电流改变的，有电流速断、定时限过电流、反时限过电流及零序电流等保护；●

反映电压改变的，有低电压或过电压保护；●

既反映电流又反映电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护；●

反映电压与电流的比值，即反映短路点到保护安装处阻抗的，有距离保护等；●

反映输入电流与输出电流之差的，有变压器差动保护等。●

反应油浸式变压器匝间短路的保护，有瓦斯保护，动作于短路产生的瓦斯气体推动。二供电系统基础知识--

继电保护7继电保护装置发展随着智能化的发展，继电保护装置经历了五个阶段：第一阶段：电磁型保护；第二阶段：晶体管保护；第三阶段：集成电路保护；第四阶段：微机保护；随着计算机技术的不断发展，继电保护的原理逐步由硬件实现发展为软件实现，从而构成了微机保护。第五阶段：随着智能化的进一步，将保护功能、管理功能融为一体，即保护、控制、测量、通信“四合一”保护，提出测控一体化的概念。轨道交通大量采用“四合一”的测控一体化装置。二供电系统基础知识--

继电保护8保护的定值保护定值指动作值和动作时间。二供电系统基础知识--

继电保护9保护的配合通常采用三通常采用三段式保护。图中设有开关ABC，线路L1，L2和L3；对于开关A，三段保护的动作电流和动作时间如图所示。二供电系统基础知识--

继电保护9保护的配合通常采用三通常采用三段式保护。越远离电源点，短路电流越小。考虑到测量10~15%误差，电流保护范围为85%。通过三段的配合实现全保护。二供电系统基础知识--

继电保护9保护的配合Ⅰ段保护：瞬时速断保护：0秒动作，通常保护本线路的85%区域。图中：对于开关A，动作电流为Iact1对于开关B，动作电流为Iact2均保护本线路的85%左右。二供电系统基础知识--

继电保护9保护的配合Ⅱ段保护：限时电流速断保护：1秒左右动作，动作于本线路的105%。Ⅱ段保护与Ⅰ段保护配合。图中：对于开关A，Ⅰ段保护动作电流为IIact1，保护本线路的85%左右；Ⅱ段保护动作电流为ⅡIact1，保护本线路的105%左右。Ⅱ段保护动作电流ⅡIact1应小于开关B的Ⅰ段保护动作电流为IIact2。二供电系统基础知识--

继电保护9保护的配合Ⅲ段保护：定时限过电流保护：3秒左右动作。对于开关A，动作值小于IIact2，但是大于L1的允许的过负荷电流。保护范围甚至延伸到L33秒左右动作。对于开关A，动作值小于IIact2，但是大于L1的允许的过负荷电流。保护范围甚至延伸到L3二供电系统基础知识--

继电保护10继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性：指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。继电保护选择性要求首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件(如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件)的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。二供电系统基础知识--

继电保护10继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性速动性：发生故障时，继电保护装置能迅速动作，切除故障。继电保护速动性要求保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。二供电系统基础知识--

继电保护10继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性灵敏性：是对于其保护的范围内，发生故障或不正常运行状态的反应能力；继电保护灵敏性要求在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。二供电系统基础知识--

继电保护10继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性可靠性：发生故障的部分不应该拒动，没有发生故障的部分不能误动。可靠性(可依赖性、安全性)要求保护该动作时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。二供电系统基础知识–

断路器控制1、控制回路的基本要求开始学习控制回路之前，我们先了解一下控制回路需要具备哪些基本的功能：（1）能进行手动跳合闸和由保护和自动装置的跳合闸；（2）具有防止断路器多次重复动作的防跳回路；（3）能反映断路器位置状态；（4）能监视下次操作时对应跳合闸回路的完好性；（5）有完善的跳、合闸闭锁回路；二供电系统基础知识–

断路器控制

（1）跳闸与合闸回路

首先，能够完成保护装置的跳合闸是控制回路最基本的功能。这个功能的实现很简单，回路如下图所示。假定断路器在合闸状态，断路器辅助接点DL常开接点闭合。当保护装置发跳闸命令，TJ闭合时，正电源->TJ->LP1->DL->TQ->负电源构成回路。跳闸线圈TQ得电，断路器跳闸。合闸过程同理。分闸到位后，DL常开接点断开跳闸回路。DL常闭接点闭合，为下一次操作对应的合闸回路做好准备。利用DL常开接点断开跳闸电流，一是为了防止TJ粘连造成TQ烧坏（因为TQ的热容量是按短时通电来设计的）；二是因为如果由TJ来断开合闸电流，由于TJ接点的断弧容量不够，容易造成TJ接点烧坏（HJ也是一样的道理），这就为下一次保护跳闸（或合闸）埋下了隐患且不易被发现。二供电系统基础知识–

断路器控制

（1）跳闸与合闸回路

首先，能够完成保护装置的跳合闸是控制回路最基本的功能。这个功能的实现很简单，回路如下图所示。假定断路器在合闸状态，断路器辅助接点DL常开接点闭合。当保护装置发跳闸命令，TJ闭合时，正电源->TJ->LP1->DL->TQ->负电源构成回路。跳闸线圈TQ得电，断路器跳闸。合闸过程同理。分闸到位后，DL常开接点断开跳闸回路。DL常闭接点闭合，为下一次操作对应的合闸回路做好准备。利用DL常开接点断开跳闸电流，一是为了防止TJ粘连造成TQ烧坏（因为TQ的热容量是按短时通电来设计的）；二是因为如果由TJ来断开合闸电流，由于TJ接点的断弧容量不够，容易造成TJ接点烧坏（HJ也是一样的道理），这就为下一次保护跳闸（或合闸）埋下了隐患且不易被发现。二供电系统基础知识–

断路器控制为了防止TJ先于DL辅助接点断开（如开关拒动等情况），我们增加了“跳闸自保持回路”。该回路可以起到保护出口接点TJ以及可靠跳闸的作用。增加的部分用红色标记，R在0.1Ω左右。当分闸电流流过TBJ时，TBJ动作，TBJ1闭合自保持，直到DL断开分闸电流。这时无论TJ是否先于DL断开，都不会影响断路器分闸，也不会烧坏TJ。二供电系统基础知识–

断路器控制（3）防跳回路TBJ我们有时也叫它“防跳继电器”。这是因为它有另一个非常重要的功能：防跳。防跳的概念：所谓的防跳，并不是“防止跳闸”，而是“防止跳跃”。当合闸于故障线路时，保护会发跳令将线路跳开。如果此时HJ接点发生粘连，断路器就会在短时间内反复跳、合、跳、合。。。这就是“跳跃现象”。（断路器跳闸时间需要30-60ms，合闸时间需要60-90ms，一个跳合周期只需要150ms，很容易在短时间内完成几个周期的跳合跳的循环）跳跃现象轻则对系统造成多次冲击，严重时可能使断路器爆炸。所以“防跳”回路是必不可少的。下图中我们增加了防跳回路的部分，用绿色标记。二供电系统基础知识–

断路器控制TBJ是一个双线圈继电器，由串接与跳闸回路的电流启动线圈TBJ，和接于防跳回路的电压自保持线圈TBJV组成。在跳闸过程中，当有分闸电流流过TBJ时，防跳回路中的TBJ2闭合，电压自保持线圈启动，TBJV2闭合，TBJV1断开。如果在保护跳闸期间，HJ发生粘连，HJ->LP2->TBJV2->TBJV这条回路接通，TBJV电压自保持，使得TBJV1始终断开，合闸回路始终处于断开状态。这也就是防跳的目的：将断路器保持在跳闸状态。如果跳闸期间没有跳令存在，则在断路器完成分闸后，跳闸回路被DL常开接点断开，TBJ电流线圈失电，此时由于HJ是断开的，不能形成TBJV电压自保持，复归。TBJV1重新闭合，合闸回路完好，不影响下次的跳合闸。需要注意，接于跳闸回路的TBJ电流线圈，要求其在分闸时造成的压降要小。规程规定不能大于控制电源额定电压的5%。TBJ电流线圈的额定动作电流不能大于分闸电流的50%，保证TBJ在跳闸过程中可靠动作。在有些断路器中也设置了防跳回路，它一般是由电压型继电器完成防跳功能的。但操作箱中的防跳回路与断路器中的防跳回路一般不能同时使用，以免产生寄生回路。通常断路器自身有防跳回路的用其自身的防跳回路，没有的用操作箱的防跳回路。二供电系统基础知识–

断路器控制前面提到，控制回路应该能够反映断路器的位置状态以及跳合闸回路的完整性。所以我们在回路中增加了TWJ、HWJ来监视跳闸回路、合闸回路的完整性。图中用蓝色表示。TWJ和HWJ的常闭接点串联来发出“控制回路断线”的信号。回路完好时，TWJ和HWJ必然有一个启动。当控制回路异常时，TWJ和HWJ均失电，报“控制回路断线”。同时用TWJ的常开接点起动绿灯，HWJ的常开接点起动红灯。绿灯亮，表示断路器在分闸状态，合闸回路完好；红灯亮，表示断路器在合闸状态，跳闸回路完好。TWJ和HWJ的常闭接点串联来发出“控制回路断线”的信号。回路完好时，TWJ和HWJ必然有一个启动。当控制回路异常时，TWJ和HWJ均失电，报“控制回路断线”。同时用TWJ的常开接点起动绿灯，HWJ的常开接点起动红灯。绿灯亮，表示断路器在分闸状态，合闸回路完好；红灯亮，表示断路器在合闸状态，跳闸回路完好。前面提到，控制回路应该能够反映断路器的位置状态以及跳合闸回路的完整性。所以我们在回路中增加了TWJ、HWJ来监视跳闸回路、合闸回路的完整性。图中用蓝色表示。二供电系统基础知识–

断路器控制除了保护装置跳合闸外，控制回路还需要具备遥分、遥合，就地分合的功能。其基本的原理是类似的，就不赘述了。增加的部分图中用橙色表示。图中的KKJ是一只双位置继电器。它一个线圈得电后即使该动作电压小时，继电器还是保持在原来状态，直到另外一个线圈得电才能使继电器转换到另外一种状态。比如手分/遥分，使KKJ=0，只有手合/遥合后才能使KKJ=1。KKJ的作用是用来判断是正常的分合闸操作，还是故障时保护装置的跳合闸动作。当正常的分合闸操作时，KKJ应变位，当保护动作跳合闸时，KKJ应不变位。KKJ的常开接点提供给“事故总”信号以及重合闸装置使用。1.牵引供电计算二供电系统基础知识--牵引供电计算牵引计算是研究列车在外力的作用下，一系列与行车有关的实际问题，包括列车的运行速度与时间、牵引的质量、机车能耗、列车制动距离等问题的计算与解算。城市轨道交通的线路、车辆、信号、供电专业根据自身专业特点需要进行各自的牵引计算。供电系统的牵引计算叫牵引供电计算，是通过潮流计算方法计算中压环网和牵引网的电压电流和功率分布，获得投资最少且满足供电系统指标要求的供电系统配置方案。1.牵引供电计算二供电系统基础知识--牵引供电计算1）牵引供电计算输入a）线路资料线路平纵断面图（包括线路长度、坡度、限速等）、车站表（含站距）等。b）车辆资料

车型；列车编组：初、近、远期编组；列车正线最高运行速度；列车起动平均加速度；列车常用制动平均减速度；列车紧急制动平均减速度；车辆牵引电机单台功率；列车辅助用电功率；列车轴重；定员载荷（AW2）；超员载荷（AW3）。1.牵引供电计算二供电系统基础知识--牵引供电计算1）牵引供电计算输入c）行车交路（包含列车对数）d）供电系统相关设备参数：各电压等级的电压、线路和变压器阻抗，以及整流机组参数等。1.牵引供电计算二