地鐵牽引供電系統保護
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【摘 要】作者根據自己的實踐經驗，提出牽引變電所兩種不可或缺的保護：牽引變電所內部聯跳、因饋線開關沒有遠后備保護，故應設開關失靈拒動保護。迅速切斷電源是一切繼電保護的最終目的，直流電路尤其如此。為迅速切斷電源，在短路電流上升過程中將其遮斷，是直流保護應當遵循的基本原則。文中 分析 了三種保護上“死區”形成的原因，為使饋線開關保護更加完善，直流饋線應設開關失靈拒動保護，以使列車運行更加安全。
【關鍵詞】牽引變電所 內部聯跳 饋線開關 開關失靈拒動 短路電流 死區。
一、概述
地鐵直流牽引供電系統的保護,可以分為兩部分:牽引整流機組保護和直流饋線保護。牽引供電系統保護的最大特點就是系統的“多電源”和保護的“多死區”。所謂多電源, 既當牽引網發生短路時, 并非僅雙邊供電兩側的牽引變電所向短路點供電, 而是全線的牽引變電所皆通過牽引網向短路點供電。所謂多死區, 是因牽引供電系統本身構成的特點和保護對象的特殊性而形成保護上的“死區”。任何保護的最基本要求就是當發生短路故障時, 首先要迅速“切斷電源”、“消除死區”, 針對這兩點, 牽引供電系統除交流系統常用的保護外, 還設置了牽引變電所內部聯跳、牽引網雙邊聯跳、di/dt △I 等特殊保護措施, 這就可以完全滿足牽引供電系統發生故障時切斷電源、消除死區的要求。對任何供電系統的繼電保護而言, 可靠性總是第一位的, 而對直流牽引供電系統, 速動性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流側保護皆采用毫秒級的電器保護設備, 如直流快速斷路器、di/dt △I 保護等, 目的就是在直流短路電流上升過程中將其遮斷, 不允許短路電流到達穩態值。至于選擇性, 在直流牽引供電系統中則處于次要位置, 其保護的設置應是“寧可誤動作, 不可不動作”。 誤動作可以用自動重合閘進行矯正; 不動作則很可怕, 因為牽引供電系統短路時產生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長時間維持燃燒而不熄滅; 而交流電弧則不同, 其電壓可以過零而自動熄滅。
關于地鐵牽引供電系統的常用保護，已為業內人士所熟知，這里不再多作介紹。下面談一下容易被人忽視的兩種保護。
二、引變電所內部聯跳保護
牽引變電所內部聯跳的定義：當發生短路故障引起兩臺整流機組直流引入斷路器或交流斷路器同時跳閘時，應迅速跳掉全部直流饋線斷路器，以及時切斷電源。見圖(01)
當牽引變電所內部發生短路時，如 K2點短路，則流向短路點的短路電流有6路，兩臺整流機組2路：IK1 、IK2 ，相鄰牽引變電所通過4路饋線開關流向短路點的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉兩臺整流機組的直流開關或交流開關是不夠的(只切斷 IK1 、IK2 )，相鄰牽引變電所仍會通過牽引網繼續向短路點供電( IK3、IK4 、IK5 、IKy)，因此必須跳掉直流母線上所有開關，以切斷電源，實現牽引變電所內部聯跳;
當牽引變電所外部發生短路時，如 K1點短路，則流經DS6開關的短路電流有5路，兩臺整流機組2路： IK1 、IK2，相鄰牽引變電所通過3路饋線流經DS6開關的短路電流有3路： IK3、IK4 、IK5，此時若饋線開關DS6拒動，而又沒有遠后備保護，此時只能通過牽引變電所內部聯跳及時切斷電源。
牽引變電所內部聯跳的保護范圍：無論是牽引變電所內部短路還是外部短路，凡引起兩臺整流機組同時跳閘的故障均應實行牽引變電所內部聯跳。
由圖01可以看出, 流經饋線開關DS6的短路電流IKZ 是由 IK1→IK55個短路電流組成的, 這就說明, 如果饋線開關DS6失靈拒動, 要切斷短路點的電源, 只跳掉DS1、DS2是不夠的, 還要跳掉DS3、DS4、DS5等5路開關, 即必須跳掉牽引變電所直流母線上的所有開關。
牽引變電所內部聯跳保護, 就是為當發生短路故障時, 迅速切斷電源的一種保護措施。如發生一路饋線開關失靈拒動或兩臺整流機組直流側兩路開關同時跳閘(或兩路交流中壓開關同時跳閘),為迅速切斷電源, 都必須實行變電所內部聯跳, 既跳掉直流母線上的所有開關, 否則不能切斷電源。
三、直流饋線開關失靈拒動保護
目前 國內地鐵直流饋線開關設置了多種保護和自動裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護：開關失靈拒動保護。當開關失靈拒動時，開關本身設置的所有保護均失效，而饋線開關又沒有遠后備保護,這是直流饋線保護的“軟肋”。眾所周知，從牽引變電所的主接線上看，直流饋線開關沒有遠后備保護設備，這是由地鐵供電 網絡 的構成特點所決定的。在直流母線上共設置6路開關：2路直流引入開關、4路饋線開關，見圖(01)。從電源角度講，每路饋線開關的上一級有5路電源開關，這和交流電路不一樣，交流電路上一級只有一路開關，所以當下一級開關失靈拒動時，上一級開關可以作為它的遠后備保護。直流則不然，它的上級5路開關都不是它的遠后備保護設備。從圖(01)中可以看出，當 K1點發生短路時，如為變電所出口短路，饋線開關失靈拒動可能引起2路直流引入線開關跳閘，引起變電所聯跳，及時切斷5路電源。如果發生遠端短路，饋線開關失靈拒動就非常危險，此時將有5路短路電流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持續不斷流入短路點，短路點的直流電弧將燒毀一切，對于運行的電動車輛，尤其危險，對人身安全造成極大的危害。
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