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地鐵牽引供電系統(tǒng)保護(hù)
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【摘 要】作者根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出牽引變電所兩種不可或缺的保護(hù)：牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳、因饋線開關(guān)沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)，故應(yīng)設(shè)開關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)。迅速切斷電源是一切繼電保護(hù)的最終目的，直流電路尤其如此。為迅速切斷電源，在短路電流上升過(guò)程中將其遮斷，是直流保護(hù)應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則。文中 分析 了三種保護(hù)上“死區(qū)”形成的原因，為使饋線開關(guān)保護(hù)更加完善，直流饋線應(yīng)設(shè)開關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)，以使列車運(yùn)行更加安全。
【關(guān)鍵詞】牽引變電所 內(nèi)部聯(lián)跳 饋線開關(guān) 開關(guān)失靈拒動(dòng) 短路電流 死區(qū)。
一、概述
地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù),可以分為兩部分:牽引整流機(jī)組保護(hù)和直流饋線保護(hù)。牽引供電系統(tǒng)保護(hù)的最大特點(diǎn)就是系統(tǒng)的“多電源”和保護(hù)的“多死區(qū)”。所謂多電源, 既當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí), 并非僅雙邊供電兩側(cè)的牽引變電所向短路點(diǎn)供電, 而是全線的牽引變電所皆通過(guò)牽引網(wǎng)向短路點(diǎn)供電。所謂多死區(qū), 是因牽引供電系統(tǒng)本身構(gòu)成的特點(diǎn)和保護(hù)對(duì)象的特殊性而形成保護(hù)上的“死區(qū)”。任何保護(hù)的最基本要求就是當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí), 首先要迅速“切斷電源”、“消除死區(qū)”, 針對(duì)這兩點(diǎn), 牽引供電系統(tǒng)除交流系統(tǒng)常用的保護(hù)外, 還設(shè)置了牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳、牽引網(wǎng)雙邊聯(lián)跳、di/dt △I 等特殊保護(hù)措施, 這就可以完全滿足牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切斷電源、消除死區(qū)的要求。對(duì)任何供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)而言, 可靠性總是第一位的, 而對(duì)直流牽引供電系統(tǒng), 速動(dòng)性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流側(cè)保護(hù)皆采用毫秒級(jí)的電器保護(hù)設(shè)備, 如直流快速斷路器、di/dt △I 保護(hù)等, 目的就是在直流短路電流上升過(guò)程中將其遮斷, 不允許短路電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)值。至于選擇性, 在直流牽引供電系統(tǒng)中則處于次要位置, 其保護(hù)的設(shè)置應(yīng)是“寧可誤動(dòng)作, 不可不動(dòng)作”。 誤動(dòng)作可以用自動(dòng)重合閘進(jìn)行矯正; 不動(dòng)作則很可怕, 因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)短路時(shí)產(chǎn)生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長(zhǎng)時(shí)間維持燃燒而不熄滅; 而交流電弧則不同, 其電壓可以過(guò)零而自動(dòng)熄滅。
關(guān)于地鐵牽引供電系統(tǒng)的常用保護(hù)，已為業(yè)內(nèi)人士所熟知，這里不再多作介紹。下面談一下容易被人忽視的兩種保護(hù)。
二、引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù)
牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的定義：當(dāng)發(fā)生短路故障引起兩臺(tái)整流機(jī)組直流引入斷路器或交流斷路器同時(shí)跳閘時(shí)，應(yīng)迅速跳掉全部直流饋線斷路器，以及時(shí)切斷電源。見(jiàn)圖(01)
當(dāng)牽引變電所內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，如 K2點(diǎn)短路，則流向短路點(diǎn)的短路電流有6路，兩臺(tái)整流機(jī)組2路：IK1 、IK2 ，相鄰牽引變電所通過(guò)4路饋線開關(guān)流向短路點(diǎn)的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉兩臺(tái)整流機(jī)組的直流開關(guān)或交流開關(guān)是不夠的(只切斷 IK1 、IK2 )，相鄰牽引變電所仍會(huì)通過(guò)牽引網(wǎng)繼續(xù)向短路點(diǎn)供電( IK3、IK4 、IK5 、IKy)，因此必須跳掉直流母線上所有開關(guān)，以切斷電源，實(shí)現(xiàn)牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳;
當(dāng)牽引變電所外部發(fā)生短路時(shí)，如 K1點(diǎn)短路，則流經(jīng)DS6開關(guān)的短路電流有5路，兩臺(tái)整流機(jī)組2路： IK1 、IK2，相鄰牽引變電所通過(guò)3路饋線流經(jīng)DS6開關(guān)的短路電流有3路： IK3、IK4 、IK5，此時(shí)若饋線開關(guān)DS6拒動(dòng)，而又沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)，此時(shí)只能通過(guò)牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳及時(shí)切斷電源。
牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的保護(hù)范圍：無(wú)論是牽引變電所內(nèi)部短路還是外部短路，凡引起兩臺(tái)整流機(jī)組同時(shí)跳閘的故障均應(yīng)實(shí)行牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳。
由圖01可以看出, 流經(jīng)饋線開關(guān)DS6的短路電流IKZ 是由 IK1→IK55個(gè)短路電流組成的, 這就說(shuō)明, 如果饋線開關(guān)DS6失靈拒動(dòng), 要切斷短路點(diǎn)的電源, 只跳掉DS1、DS2是不夠的, 還要跳掉DS3、DS4、DS5等5路開關(guān), 即必須跳掉牽引變電所直流母線上的所有開關(guān)。
牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù), 就是為當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí), 迅速切斷電源的一種保護(hù)措施。如發(fā)生一路饋線開關(guān)失靈拒動(dòng)或兩臺(tái)整流機(jī)組直流側(cè)兩路開關(guān)同時(shí)跳閘(或兩路交流中壓開關(guān)同時(shí)跳閘),為迅速切斷電源, 都必須實(shí)行變電所內(nèi)部聯(lián)跳, 既跳掉直流母線上的所有開關(guān), 否則不能切斷電源。
三、直流饋線開關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)
目前 國(guó)內(nèi)地鐵直流饋線開關(guān)設(shè)置了多種保護(hù)和自動(dòng)裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護(hù)：開關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)。當(dāng)開關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，開關(guān)本身設(shè)置的所有保護(hù)均失效，而饋線開關(guān)又沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù),這是直流饋線保護(hù)的“軟肋”。眾所周知，從牽引變電所的主接線上看，直流饋線開關(guān)沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備，這是由地鐵供電 網(wǎng)絡(luò) 的構(gòu)成特點(diǎn)所決定的。在直流母線上共設(shè)置6路開關(guān)：2路直流引入開關(guān)、4路饋線開關(guān)，見(jiàn)圖(01)。從電源角度講，每路饋線開關(guān)的上一級(jí)有5路電源開關(guān)，這和交流電路不一樣，交流電路上一級(jí)只有一路開關(guān)，所以當(dāng)下一級(jí)開關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，上一級(jí)開關(guān)可以作為它的遠(yuǎn)后備保護(hù)。直流則不然，它的上級(jí)5路開關(guān)都不是它的遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備。從圖(01)中可以看出，當(dāng) K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如為變電所出口短路，饋線開關(guān)失靈拒動(dòng)可能引起2路直流引入線開關(guān)跳閘，引起變電所聯(lián)跳，及時(shí)切斷5路電源。如果發(fā)生遠(yuǎn)端短路，饋線開關(guān)失靈拒動(dòng)就非常危險(xiǎn)，此時(shí)將有5路短路電流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持續(xù)不斷流入短路點(diǎn)，短路點(diǎn)的直流電弧將燒毀一切，對(duì)于運(yùn)行的電動(dòng)車輛，尤其危險(xiǎn)，對(duì)人身安全造成極大的危害。
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