地鐵牽引供電系統保護
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【摘 要】作者根據自己的實(shí)踐經(jīng)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(lián)跳、因饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)沒(méi)有遠后備保護，故應設開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)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(guò)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(xiàn)開(kāi)關(guān)保護更加完善，直流饋線(xiàn)應設開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護，以使列車(chē)運行更加安全。
【關(guān)鍵詞】牽引變電所 內部聯(lián)跳 饋線(xiàn)開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng) 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(xiàn)保護。牽引供電系統保護的最大特點(diǎn)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(wǎng)發(fā)生短路時(shí), 并非僅雙邊供電兩側的牽引變電所向短路點(diǎn)供電, 而是全線(xiàn)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, 是因牽引供電系統本身構成的特點(diǎn)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(fā)生短路故障時(shí), 首先要迅速“切斷電源”、“消除死區”, 針對這兩點(diǎn), 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(lián)跳、牽引網(wǎng)雙邊聯(lián)跳、di/dt △I 等特殊保護措施, 這就可以完全滿(mǎn)足牽引供電系統發(fā)生故障時(shí)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(dòng)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(guò)程中將其遮斷, 不允許短路電流到達穩態(tài)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(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, 因為牽引供電系統短路時(shí)產(chǎn)生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長(cháng)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的常用保護，已為業(yè)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(lián)跳保護
牽引變電所內部聯(lián)跳的定義：當發(fā)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(shí)跳閘時(shí)，應迅速跳掉全部直流饋線(xiàn)斷路器，以及時(shí)切斷電源。見(jiàn)圖(01)
當牽引變電所內部發(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，兩臺整流機組2路：IK1 、IK2 ，相鄰牽引變電所通過(guò)4路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)流向短路點(diǎn)的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉兩臺整流機組的直流開(kāi)關(guān)或交流開(kāi)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)繼續向短路點(diǎn)供電( IK3、IK4 、IK5 、IKy)，因此必須跳掉直流母線(xiàn)上所有開(kāi)關(guān)，以切斷電源，實(shí)現牽引變電所內部聯(lián)跳;
當牽引變電所外部發(fā)生短路時(shí)，如 K1點(diǎn)短路，則流經(jīng)DS6開(kāi)關(guān)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(guò)3路饋線(xiàn)流經(jīng)DS6開(kāi)關(guān)的短路電流有3路： IK3、IK4 、IK5，此時(shí)若饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)DS6拒動(dòng)，而又沒(méi)有遠后備保護，此時(shí)只能通過(guò)牽引變電所內部聯(lián)跳及時(shí)切斷電源。
牽引變電所內部聯(lián)跳的保護范圍：無(wú)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(shí)跳閘的故障均應實(shí)行牽引變電所內部聯(lián)跳。
由圖01可以看出, 流經(jīng)饋線(xiàn)開(kāi)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(xiàn)開(kāi)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(kāi)關(guān), 即必須跳掉牽引變電所直流母線(xiàn)上的所有開(kāi)關(guān)。
牽引變電所內部聯(lián)跳保護, 就是為當發(fā)生短路故障時(shí), 迅速切斷電源的一種保護措施。如發(fā)生一路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)或兩臺整流機組直流側兩路開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘(或兩路交流中壓開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘),為迅速切斷電源, 都必須實(shí)行變電所內部聯(lián)跳, 既跳掉直流母線(xiàn)上的所有開(kāi)關(guān), 否則不能切斷電源。
三、直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護
目前 國內地鐵直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)設置了多種保護和自動(dòng)裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護：開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護。當開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)本身設置的所有保護均失效，而饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)又沒(méi)有遠后備保護,這是直流饋線(xiàn)保護的“軟肋”。眾所周知，從牽引變電所的主接線(xiàn)上看，直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)沒(méi)有遠后備保護設備，這是由地鐵供電 網(wǎng)絡(luò ) 的構成特點(diǎn)所決定的。在直流母線(xiàn)上共設置6路開(kāi)關(guān)：2路直流引入開(kāi)關(guān)、4路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)，見(jiàn)圖(01)。從電源角度講，每路饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)的上一級有5路電源開(kāi)關(guān)，這和交流電路不一樣，交流電路上一級只有一路開(kāi)關(guān)，所以當下一級開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，上一級開(kāi)關(guān)可以作為它的遠后備保護。直流則不然，它的上級5路開(kāi)關(guān)都不是它的遠后備保護設備。從圖(01)中可以看出，當 K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如為變電所出口短路，饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)可能引起2路直流引入線(xiàn)開(kāi)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)生遠端短路，饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)就非常危險，此時(shí)將有5路短路電流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持續不斷流入短路點(diǎn)，短路點(diǎn)的直流電弧將燒毀一切，對于運行的電動(dòng)車(chē)輛，尤其危險，對人身安全造成極大的危害。
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