【地铁供电系统继电保护概述2800字】

地铁供电系统继电保护概述目录TOC\o"1-3"\h\u8440地铁供电系统继电保护概述 1207851.1大电流脱扣保护 1317231.2DDL保护 11921.3低电压保护 5321661.4热保护 5通过对直流牵引供电系统组成结构的分析可知，牵引变电所作为能量源，动车组作为耗能核心，将二者串联起来的是馈线与接触网。馈线与接触网是将能量传递至动车组的唯一通道，处于十分重要且特殊的地位。但由于地铁馈线与接触网因其工作方式与所处的特殊环境，并不存在冗余备用。因此继电保护是牵引供电系统的重要组成部分，是牵引供电系统安全、可靠、稳定运行的保障。在我国现行的馈线保护系统中是由主保护与后备保护相结合来完成的[12]。不同的地铁牵引供电系统采用的继电保护配置可能存在一定的差异，但其保护作用是相同的。下文对常用的几种保护进行介绍。1.1大电流脱扣保护由于电动力效应，牵引网近端短路故障时，如接触轨对走行轨的直接金属短路，其产生的大电流会对造成线路和设备的变形或损坏，热效应会造成绝缘损坏，严重的短路还会影响系统的稳定性，所以必须尽快切断短路电流。大电流脱扣保护是直流快速断路器(毫秒级动作时间)自带的本体保护，不仅没有延时，固有动作时间还很短，速动性较好。当线路电流超过保护设定值时保护动作，且不需要延时时间，能够迅速切除故障减小对线路和设备的破坏。大电流脱扣保护适用于存在电流迅速攀升的线路近端短路。利用了电磁脱扣的原理。动作特性是：测量电流大于电流整定值时，脱扣装置动作使开关分闸。保护整定值Iset的整定方法为：(2-1)式中，Idmin为被保护线路额定电流；Krel为可靠系数，一般取1.5~3.0。保护的整定值是按躲过车辆最大负荷电流的Krel倍整定。对于非金属性短路，灵敏性不高，甚至可能失去保护。片面提高其保护的灵敏性(即扩大保护范围)必须降低阈值，而降低阈值易造成误动作，所以该保护有很大局限性。1.2DDL保护DDL保护，又称电流上升率di/dt和电流增量△i组合保护。能切除近端及末端短路故障；能避免电流上升率保护误动，又克服电流增量保护拒动的缺点。理论基础是，假定直流牵引网短路时其暂态物理模型是一阶RL串联电路的零状态响应，且短路电流的上升率是正常负荷电流上升率的几十倍甚至上百倍。启动条件通常是同一个预定的电流上升率。在DDL保护启动后，这两种保护进入各自的延时阶段，互不影响，哪个保护先满足动作条件就由它来动作。di/dt的作用是消除中远端短路故障；△i的作用是保护中近端故障。(1)电流上升率di/dt保护在实际运行中，保护装置连续监测馈线电流幅值及其上升率di/dt，并将di/dt与电流上升率的启动值E和电流上升率的返回值F比较。当电流上升率在给定的监测时间内高于电流上升率的启动值E时，di/dt启动，进入延时阶段。若在整个延时阶段的电流上升率都高于E,则保护启动；若在延时阶段的电流上升率回落到F之下，则保护返回。电流上升率di/dt的动作保护特性如图2-7所示。图2-7.电流上升率di/dt保护的动作特性在图2-7中，曲线1在A点处满足di/dt＞E，保护启动，经过延时时间Tset1在B处跳闸；曲线2是正常牵引电流，由于di/dt未超过E，保护不动作。(2)电流增量△i保护在di/dt保护启动的同时，△i保护也启动进入保护延时阶段。从△i保护启动的时刻开始，继电器以启动时刻的电流作为基准点计算电流增量△i和时间t。若电流上升率一直大于E，当△i＞E△I(电流增量的启动值)并经过一段时间t△imax延时后，△i保护动作；当t＞Tset2(电流增量延时整定值),且△i＞F△i(电流增量的返回值)，△i保护仍然动作；反之，保护返回。在计算电流增量过程中，允许电流上升率在相对较短的时间内回落到di/dt保护整定值之下，即小于E。只要这段时间内不超过di/dt保护延时整定值F，则保护不返回；反之保护返回。图2-8是电流增量△i保护的动作特性图。图2-8.电流增量△I保护的动作特性如图可知，E、F分别为di/dt保护的启动值和返回值；Tset2为电流增量延时整定值。当检测到电流增量小于F△i时，可以肯定不是故障情况；若大于F△i，则有可能是故障情况，需检测时间和电流增量来进一步判断。下面对图2-8中各曲线分析如下：曲线1的电流增量小于F△i，肯定不是故障情况，该电流曲线表示电动车辆在距离牵引变电所很远处时的启动电流。曲线2的电流增量小于F△i，也肯定不是故障情况。曲线3的电流增量虽然超过F△i，但di/dt的延时时间小于Tset1，在这一段时间内作判断，经过几个毫秒的延时后电流就开始下降，故不是故障情况。曲线4的电流增量超过E△i，延时时间也满足，故肯定是故障情况。曲线5的电流增量超过E△i，有可能是故障情况。再检测电流上升持续时间，发现其值超过di/dt的延时整定值Tset1，则肯定是故障。若此时没能通过检测时间来激活di/dt保护，则电流增量保护动作。曲线6的电流增量超过E△i，有可能是故障情况。在电流上升的过程中，电流上升回落到E以下，且超过了di/dt返回延时值，因而保护返回。在C点处，保护重新启动，并以C点作为新基准点。该曲线是电动车辆驶进车站的电流变化曲线。(3)DDL保护的整定原则电流上升率的启动值应大于车辆启动时的最大负荷电流上升率，电流上升率的返回值应小于末端短路电流的初始电流上升率；电流增量的启动值E△i应大于车辆启动时的最大负荷电流和车辆通过接触线分段式冲击电流的最大值，并且当延时时间到达延时时间的整定值Tset2时，电流增量返回值F△i应大于末端短路的电流增量；延时时间的整定值Tset2需考虑车辆短暂的启动时间，并保证大于半个系统谐振周期及误差值。(4)保护动作方程和整定值的计算方法DDL保护由瞬时跳闸和延时跳闸组成。其动作方程和整定值的计算方法如下：瞬时跳闸的动作方程：(2-2)式中，△i1为初始电流增量。整定值的计算：(2-3)在式(2-3)中，distart为车辆启动时负荷电流的最大上升率；imax为负荷时的最大电流增量；K1·rel、K2·rel分别为可靠系数，一般取K1·rel=1.1~1.2，K2·rel≈1.2。延时跳闸的动作方程：(2-4)式中，△i2为延时到达Tset2的电流增量。整定值的计算：(2-5)在式(2-5)中，△i3为被保护线路末端短路时的电流增量；tstart为轨道车辆最大的启动时间；diend•max为被保护线路末端短路时的最大电流上升率；K3·rel、K4·rel和K5·rel分别为可靠系数，其中K3·rel=K5·rel=0.8，K4·rel=1.1~1.2。(5)应用性讨论近端短路时，电流上升率很大，电流增量也很大，DDL保护瞬时跳闸。中远端短路时，电流上升率大于F而小于E，但当延时Tset2达到时，电流增量大于F△i且电流上升率大于0(即电流上升率的持续时间大于Tset2)，则延时保护能检出此短路故障，延时跳闸动作。(6)可靠性分析目前，由于电动车辆及其能量回馈式再生制动技术的普遍应用，以车辆作为负载的直流牵引供电系统变成二阶的非线性动态系统，且系统结构在车辆再生制动期间可能存在不稳定的特殊情形。直流牵引网中经常出现发散型的低频振荡电流，这很好说明直流牵引供电系统并非是全局稳定的动态系统。从工程实际得知，该发散型振荡电流属于短期非正常运行状态的负荷电流，并非故障电流，但其幅值和上升率非常接近于末端短