地铁牵引整流器中逆流保护必要性的探讨与分析

地铁直流牵引供电系统保护原理及配置简析摘要：轨道交通牵引供电系统普遍采用直流系统，为了保证列车正常运行和在故障情况下保障设备及人身安全，需要对直流供电系统配置详备的保护系统，本文主要分析了直流保护系统设计需考虑的因素及一般的整定计算的方法。

关键词：直流保护；计算方法；保护配置1引言随着我国国民经济的持续发展，城市交通日趋紧张，而地铁成为解决大中城市交通拥挤问题的最佳方案。

为了降低工程造价，设备国产化又是发展的主要原则。

目前，在地铁直流供电继电保护领域内，国产保护设备还处于起步阶段，国内主要城市的地铁直流保护均采用进口一体化设备，主要有Siemens公司的DPU96和瑞士Sechron公司的SEPCOS。

本文提出了直流牵引供电系统保护配置要求、原则以及整定计算方法，通过对直流保护系统原理的分析，希望能对轨道交通直流供电系统保护设备的国产化有所帮助。

2直流保护系统配置原则及应考虑的主要因素对于不同的地铁牵引供电系统，直流牵引系统的保护配置可能不相同，但是保护的作用是相同的。

牵引变电所内的直流系统的故障形式主要有：短路故障，过负荷故障，过压故障等，最常见也是危害最大的属短路故障。

短路故障与发生的短路点位置和短路性质密切相关，直流短路系统保护装置应能保证系统在发生短路故障时能够快速、有选择性切掉故障线路；在系统过负荷时能够发出报警；在故障消除后能够尽快的恢复供电。

另外在保证系统能够安全可靠供电的前提下，直流保护系统配置应力求简洁，避免保护配置过多，增加保护配合难度，同时也增加了工程投资费用。

基于以上原则，直流保护系统同时应考虑以下因素：（1）各种保护之间的相互配合关系，保证在直流系统发生短路故障时能可靠地切除故障；（2）保证列车正常运行时不会误跳闸而影响列车运行，能够避免列车的启动电流的影响和列车过牵引网分段时冲击电流的影响；（3）1500V直流馈线的保护配置应保证直流供电系统正常及越区供电情况下牵引网在近端、中部及远端发生短路故障时均能快速跳闸。

关于地铁供电系统电磁干扰的防护探讨与逆流保护典型案例分析【摘要】本文介绍了城市轨道交通地铁供电系统电磁干扰的干扰源、传播途径和防护电磁干扰的具体措施，并结合现场电磁干扰的典型案例，探索如何针对具体的电磁干扰问题采取相应的防护措施。

【关键词】电磁干扰；逆流保护地铁供电系统是由大量电气、电力、电子元器件集成的综合且庞大的系统，电力电子元器件多以高频开关形式控制电气一次回路的电压、电流变化，由此引起变电所内电磁环境变化，加之电子元器件对电磁干扰的灵敏度较高，特别是以毫伏信号的采样元器件、通信元器件受电磁干扰影响较大，轻则造成设备通讯中断，重则设备保护误动作。

因此必须对地铁变电所电磁环境采取行之有效的防干扰措施，保证电气设备的正常运行。

1 城市轨道交通供电系统电磁干扰的种类与传播途径城市轨道交通供电系统电磁干扰分为工频干扰、射频与视频干扰、微波干扰，地铁变电所设备在工作过程中都会受到电磁干扰，如PLC控制器、保护装置、通信传输线路、显示设备、电子元器件等。

电磁干扰的传播途径分为传导和辐射传输方式；传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接。

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的变化规律向周围空间发射。

常见的辐射耦合有天线对天线耦合，空间电磁场经导线感应而耦合，两根平行导线之间的高频信号感应耦合。

在城市轨道交通供电系统中常有多种干扰途径的耦合，存在反复交叉耦合，共同产生干扰，使的电磁干扰变得难以控制。

2 电磁干扰的一般防护措施电磁干扰必须具备电磁干扰源（源头）、传播途径（媒介）、敏感设备（干扰对象）这三个要素。

在设备安装及运行中阻挡电磁干扰一般采取屏蔽、滤波与接地三种方式。

实际运用中应三者互相配合才能最大效果的防止电磁干扰；在设备制造阶段也应采用PCB电磁兼容、ESD瞬态干扰防护等技术措施提高设备自身的抗干扰能力。

3 典型案例分析2021年11月10日，重庆地铁六号线三个牵降所先后频发逆流保护动作，造成接触网短时停电，故障发生信息如下表所示：地铁每个牵降所设置两台整流机组并列运行，单台整流器内部或者整流器至正极进线柜的连接电缆出现短路故障时，另外一台整流机组或相邻牵引所会向故障点反送故障电流，即形成逆向电流。

牵引整流器逆流保护的设置摘要: 牵引整流器逆流保护是地铁直流牵引系统非常重要的一部分，对于机车来说，关键作用的是主电路。

由于机车可以使用交流电和直流电，如果是使用交流电的话就需要整流器来这时候就要经过整流器整流为直流电，如果是直流电，也有使用直流或者交流牵引电机两种类型。

本文针对城市轨道地铁牵引整流器逆流保护的原理作一定阐述,表述设置逆流保护的重要性。

引言：我国城市交通轻轨、地铁直流牵引系统一般采用750V或1500V 的电压，整流器一般采用12脉波或者等效24脉波整流接线方式。

12脉波的整流机组由一台整流器和一台牵引变压器组成（如下图4所示），整流变压器低压侧有两组绕组，一组采用Y联接，另外一组采用△联接，他们的线电压有效值相等，低压侧绕组同名端线电压的相位差电角度为30°；整流器由两个三相6脉波全波整流桥组成，一个整流桥接至整流变压器低压侧△绕组，另外一个接到Y 绕组，由此组合，整流变压器低压侧经过整流，形成每周期含有12脉波的6相整流系统。

24脉波整流系统有两个12脉波整流机组构成组合成24脉波整流系统，脉波数越多电压曲线越平滑，越稳定，逆流保护是在12个桥臂的每个桥臂上加上一个电流传感器或者是电流互感器，通过对桥臂电流方向的变化实现保护的功能。

开环霍尔电流传感器（1）开环霍尔电流传感器（图1）：主要用于测量直流、交流及脉冲电流，原边被测量电流与副边输出实现电流电气隔离，保障人员人身安全。

有多种输出方式，安装方便。

耗电低。

穿孔结构，无插入损耗。

可做成开合穿心结构。

安装时不用切断原本母线。

（2）特点：①无测量插入损耗②测量AC、DC及脉冲电流③原边电流与副边输出信号高度隔离④电源耗电少（如图2）（3）用途：通信电源，电源装置，电力系统，UPS电源，变频器，电焊机（4）工作原理：霍尔磁补偿原理—被测电流In流过导体时，导体周围产生与电流成正比的磁场，该磁场与霍尔元件测量，其输出电压Vm与被测电流In成正比，Vm精确反映原边电流（如图3）。

城市轨道交通牵引供电系统分析摘要：近年来，轨道交通的运输规模不断增加，给人们的出行带来更加便捷体验的同时，也引起了很多人的担忧。

因为交通运输规模的增加必然会导致车辆流动量的增加，这也给城市轨道交通牵引供电系统带来了全新的挑战。

这需要不断引进新的技术，不断消化吸收，努力进行创新和再创新，同时对轨道交通建设的标准与质量的认识也不断提高，所以对于其关键技术进行研究是有必要的。

关键词：城市；轨道交通；牵引供电系统1地铁车辆供电系统构成为了保证地铁的顺利运营，我们必须做好地铁供电系统的运行工作。

其关键作用是为地铁及其电气设备供电。

在地铁供电系统中，关键可分为高压电源供电和地铁内部结构供电。

高压电源可以立即应用于市政工程的用电。

在供电的情况下，一般采用混合供电方式、分散供电方式和集中供电方式。

地铁内部结构的供电分为照明供电和牵引供电。

牵引供电的目的是将高压交流电源转换为地铁运营所需的直流稳压电源。

然后根据同轴电缆将其发送到地铁-轨道交通接触网，地铁在用电过程中会立即从轨道交通接触网获得必要的用电。

在地铁照明灯具供电系统中，不仅需要给照明灯具供电，还需要给离心泵和离心风机供电。

该供电系统主要由电源线及其降压配电设备组成。

2牵引供电系统的关键技术2.1 双向变流装置双向变流装置通常由交流开关柜、变压器柜、双向变流器柜、直流开关柜和负极柜组成，整体接线方案与现有二极管整流机组的相一致。

其交流侧通过35kV开关柜被接于牵引变电所内的35 kV母线段；直流侧正极通过1500V直流开关柜被接于牵引变电所内的直流母线段正极，负极仍保留直流控制柜内的隔离开关，且被接于牵引变电所内的直流母线段负极。

传统二极管整流机组牵引供电方式中直流侧短路保护主要依赖直流进线柜和直流馈线柜的保护设施。

直流进线柜保护包含大电流脱扣保护和逆流保护；直流馈线柜保护包含大电流脱扣保护、ΔI保护、di/dt保护、过电流保护和双边联跳保护，各种保护相互配合，从而实现牵引网近、中、远端短路的全范围保护。

西安地铁二号线牵引整流器故障剖析作者：李锋来源：《中国科技博览》2012年第26期[摘要]：通过分析西安地铁二号线牵引整流器故障跳闸的四个原因，从确保运营的角度提出提高该型整流器可靠性的具体措施，从而提高牵引整流机组整体可靠性。

[关键词]：24脉波 12脉波整流机组跳闸可靠性中图分类号：U231+.1 文献标识码： U 文章编号：1009-914X（2012）26- 0580 -011前言西安地铁二号线牵引整流机组采用等效24脉波整流机组，从整流机组初次带电运行至2011年9月16日试运营前，一期工程9套24脉波整流机组运行稳定，但也曾出现了三起因整流器误发跳闸信号导致一个牵引所整流机组整体退出运行的严重故障。

为了保障运营安全，避免类似事故再次发生，以及在发生故障后快速判断故障类型，做到尽快恢复正常供电的目的，本文将根据该型整流器的电气原理剖析该型整流器跳闸故障的原因，从而使运营人员对整流器故障有一个清晰的认识，为故障的快速修复节约时间，同时，笔者提出了该型整流器在运营过程中的一些改进措施，从而提高整个整流机组运行的可靠性。

2 西安地铁二号线整流机组运行方式西安地铁二号线首通段全线牵引整流系统在每个牵引所设两套12脉波整流器并联运行，构成等效24脉波整流机组，在正常情况下，若单台12脉波整流柜发跳闸信号，该跳闸信号将送至两套12脉波整流机组分别对应的35kV高压开关，实现联跳，导致一个牵引所24脉波整流机组整体退出运行，此运行方式能保证任何时候供给接触网的直流电源都是24脉波整流电源，弊端是一旦单台12脉波机组故障跳闸退出运行，一个牵引所整流机组将整体退出运行，非线路两端的牵引供电臂将过渡到单边供电，线路两端供电臂将只能采用大单边供电模式。

根据西安地铁二号线接触网供电的具体情况，当出现会展中心牵引整流机组整体退出运行，将造成会展中心至一期工程终点供电分区及折返线失电，另外，由于车辆段与正线牵引系统隔离，车辆段一旦因单台12脉波整流机组故障退出，整个牵引电源将整体退出，导致车辆段接触网整体失电。

地铁牵引供电回流系统主要问题分析张瑞魁摘要：目前，大量已建成开通的城市地铁以采用直流牵引供电系统为主，北京、上海、广州、陕西等城市地铁运营中曾出现杂散电流泄漏和钢轨电位升高甚至超标等情况，为保证人身安全，将钢轨电位限制装置（OVPD）接地，现场发现OVPD不但频繁报警动作甚至闭锁，运营中还有OVPD将钢轨长期接地后排流柜也投入运行的情况，形成了恶性循环，甚至造成故障范围扩大。

关键词：地铁牵引；供电回流系统；主要问题一、直流牵引供电回流系统主要特点地铁供电网络一般采用10kV和35kV等级供电网络，直流系统主要采用DC1500V或DC750V，同等车型、编组及行车对数情况下，直流牵引电流远大于交流系统；交直流牵引供电机车取流均来自接触网，但直流牵引主要将走行轨作为回流通路使用，通过回流电缆最终汇聚至牵引变电所负极侧，回流电流数倍于交流牵引系统。

由于直流回流系统电流大，钢轨存在内阻，承担回流的钢轨电位上升，加上行车密度高和机车起动频繁等因素，机车位置处附近轨电位急剧上升到正的最大值，靠近变电所处的负极回流区域轨电位为负的最大值，轨电位超标后OVPD将钢轨接地，使得此处轨电位为0，保证人员安全。

土建主体结构处于钝化状态下，当其极化电位不超标时，回流系统中以钢轨回流为主，少量通过地回流，通过排流柜进入变电所负极。

为限制轨与地之间的电位，设置OVPD，避免轨道区域中高电位影响人身安全，轨电位超过规定值，OVPD将轨接地。

目前OVPD动作保护按不同的电压区段和延时分别按一、二、三段动作保护考虑。

二、直流回流系统运行中出现的问题问题1：EN50122-1规定，钢轨电位在不大于120V范围内，不会威胁到人身安全和产生安全影响。

GB50490-2009规定，正线轨电位不大于90V，从经济性角度，很多线路双变供电时按90V控制正线轨电位，大双边供电时按120V控制。

但个别已建成开通的线路出现钢轨电位异常升高甚至超标（超过120V）的情况。

地铁直流牵引供电系统保护配合分析与研究摘要：地铁是城市建设的重要组成部分，其功能性决定城市服务水平。

直流牵引供电系统可满足地铁服务性能。

为保障地铁列车的正常运行，降低故障情况下相关人员的伤害，故此，需对地铁直流牵引供电系统保护配合，对具体的地铁直流牵引供电系统保护的配置要求、原则和配合关系等展开研究，旨在综合提升馈线保护的配置效果，发挥地铁的功能性与可靠性。

关键词：地铁；直流牵引；供电系统；保护配合地铁工程是缓解城市地面交通压力的重要举措，且随着城市发展进程加快，地铁建设项目也日渐增多，直流牵引供电系统也得到了更为广泛的应用。

地铁选择直流供电的方式，因此，城市轨道交通的直流供电配电的配套装置、直流供电控制和保护装置均为核心技术，对保护地铁功能与可靠性具有积极意义。

基于此，本文对地铁直流牵引供电系统展开分析，研究地铁直流牵引供电系统保护配合的意义，再分析直流牵引供电系统保护内容，研究具体保护配合方法，详细内容如下。

1地铁直流牵引供系统保护配合意义地铁工程常选用直流供电系统，实现城市系统的功能性，其主要是由直流开关柜、控制和保护系统、接触网等构成。

控制和保护系统是提升地铁的安全系数，达到提升地铁的整体可靠性的目的。

其功能主要体现在两个方面，详细如下：（1）确保列车行驶期间，提供足够的电能支持，保障供电的可靠性，并消除不必要的停电时间，达到增强经济效益的目的；（2）直流牵引供电系统出现故障时，保护可达到快速切断故障的目的，进而避免列车和乘客的人身安全。

在保障直流牵引供电系统可靠性的基础上，保护系统还需要具有及时性的特点，当故障问题发生后，保护系统可实现快速切断故障，且保障故障的切断的准确性，并规避列车正常运行过程中一些电气参数变化所诱发的误跳情况，从而有效增强地铁车辆的运行安全，实现城市地铁的功能体现【1】。

2地铁直流牵引供电系统保护研究2.1地铁直流牵引供电系统保护内容及原理我国地铁直流牵引供电系统保护是在借鉴国外同类保护装置，结合国内地铁状况，实现对保护系统的构建，其具体要求为：①可适应所有线路供电方案，且变动灵活；②充分研究各类保护之间配合，确认直流牵引供电系统障碍时，完成切断任务；③可实现牵引电流与故障电流的区分，规避误跳。

“5.4”北客站牵混所整流器逆流保护跳闸事件报告一、事件经过2011年5月5日01:09，电调电话通知供电车间车辆段牵混所值班人员，要求对北客站牵混所1#整流器逆流保护跳闸动作故障尽快安排抢修。

01:12 车辆段值班员杨天宇电话通知供电车间副主任张启颜。

01:14:55 张启颜电话通知中铁电气化局临管期间故障抢修负责人夏付炳经理，说明情况并要求电化局抢险组尽快赶赴现场进行事故处理。

01:17:46和 01:21:42 张启颜先后和杨天宇联系询问了发生过程和时间等，并叮嘱其不要慌张，保持镇定，告知其电化局夏付炳电话。

01:27:04 张启颜去电值班电调刘鑫询问和了解故障发生的过程、设备的联跳现状（106和107联跳，北客站直流部分退出，运动公园单边供电）、电调的处理方式（电调通知供电车间组织抢修，没有做遥控的分、合闸等操作）。

01:31:22 张启颜再次去电中铁电气化局夏付炳，就故障情况进行了沟通和初步分析，了解到此类故障在接管前曾在其他站出现过，排查元器件和接线，信号复归后送电成功。

据此初步判断1#整流器桥臂1U6逆流跳闸动作信号发出时，熔断器未报警和熔断，故不太可能是二极管击穿并有逆流产生，应该属于元器件或接线松脱导致。

经商讨提出意见：目前设备和环境属于安全的状态，北客站为末端所，由运动公园临时单边供电，不影响早晨8：10通勤车来回通行的情况下，等联系厂家后一道去现场停电排查、处理故障，恢复送电。

供电车间车辆段值班人员和电化局北客站值班人员密切注意设备情况。

01:40:17 张启颜和车辆段值班员杨天宇联系，叮嘱其注意北客站的状况，和电调时刻保持联系，提高警惕，并做好记录和交接班工作，等电化局的抢修队伍到达后配合工作。

9:07中铁电气化局技术人员潘国栋与整流器厂家售后服务人员（以下简称厂家人员）到达北客站牵混所。

9:08厂家人员对1#整流器进行现场故障复归（从随后的故障报警历史信息中获取），故障信号正常复归。

地铁牵引整流技术概述目前，地铁牵引供电系统多采用直流制，因此，变流设备成为该系统中的重要设备，并起着举足轻重的作用。

牵引直流电源是由牵引变电所通过整流机组降压整流而获得，为此就要充分研究整流技术的特点，并针对其特点对整流机组进行相应的保护。

2 地铁整流技术的特点2．1整流电路目前，在建和已建地铁的每座牵引变电所都设两套整流设备(也称为整流机组)。

由于地铁的直流牵引电压比较高(北京、武汉采用750V电压，其它城市都采用1 500V电压)，所以整流设备几乎都是采用桥式整流电路。

为了减少地铁谐波电流对城市电网的污染，除北京部分地铁线路采用三相桥式六脉波整流电路外，轨道交通技术都采用三相桥式并联的十二脉波整流电路(简称双桥并联整流电路)。

采用两台阀侧电压相位差30。

的双绕组整流变压器牵引变压器与两台三相桥式整流器构成的等效十二脉波整流电路用一台三绕组或四象限整流变压器，阀侧电压相位差同样为30。

与一台双三相桥式整流器构成一套十二脉波整流机组。

两套十二脉波整流机组并联工作并不会改变整流脉波数，只有当两套机组的整流变压器网侧绕组分别移相+7．50，一7．50并联工作时，才形成等效二十四脉波整流。

2．2整流电路的特点(1)对于各种整流电路，其二次绕组容量、一绕组容量、网侧额定容量三者之间不尽相等，这是由于一次和二次绕组往往导电时间不等、电流波形不同、绕组利用率不一致所至。

(2)各种整流电路的变频变压器磁势不一定平衡。

2．3六脉波三相桥式整流电路的特点六脉波三相桥式整流电路是构成十二脉波整流电路的基础。

其特点如下：1关于容量对于各种单一的三相桥式整流电路(如Y／y、Y／d、D／y、D／d)，其阀侧绕组容量、网次绕组容量、网侧额定容量三者均相等。

(2)关于磁势对于上述四种形式的整流电路，只要一次或二次有一个D(d)接绕组，则三次谐波就构成通路，从而消除激磁磁势不平衡现象，所以，工程上优先采用有D(d)接线形式，以利于磁势平衡。