地铁直流牵引供电系统保护

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。

地铁供电系统继电保护方案研究

随着城市化进程不断发展人们开始逐渐重视交通拥堵问题，修建地铁可有效舒缓城市交通压力，因此国内城市轨道交通的未来发展越来越广阔。近几年，大部分城市重视地铁建设工程，较之一般的电网线路而言，地铁的供电网结构复杂度更高，因此需要对其实施更加可靠的继电保护措施。对于其修建进程而言，其供电系统的合理化安排以及系统保护精确化配备至关重要。本文就地铁供电系统继电保护方案进行研究，旨在为今后的该项系统继电保护提供参考。

标签：地铁；供电系统；继电保护方案

地铁供电系统自身的特殊性质导致其继电保护方案内容变得越来越复杂。当不断规范其供电系统保护配置有助于加强继电保护装置运转过程的安全性，进而保证其运行过程持续维持正常状态。然而现在对于国内已设置的该项系统继电保护方案而言，仍旧衍生出诸多问题，因此，本文针对其相关问题做出具体论述，从而进一步加强优化地铁供电系统继电保护方案。

一、地铁继电保护系统的优势

该项系统中每个变电站间的相距间隔较小，且其线路间的间隔路程通常以3km为限，因此其常规继电器保护配备不会对其供电线路实施安全防护。对于主变压器容量而言，一方面既要符合多条线路同时使用时的所有需求，另一方面也要在其中某个主变电站出现问题后辅助其他主变电站完成所有地铁线路工作。主变压器在该系统中呈现的连接形式通常为星形或者三角形，一旦其系统出现两相电路短路和单相短路接地问题时就会导致其系统处于失衡状态，进而导致其系统出现运行障碍。因此，在供电系统发生接地故障时需立即使用相关保护设备对其实施保护作用。在数据测量单元、逻辑判断单元和执行单元分别组成继电保护设备的结构功能部分，由三者间的密切配合作用对其系统实施相应保护[1]。

二、简析地铁供电系统保护

（一）分析供电系统线路保护

对于该项系统而言，一旦其两相之间发生短路问题相关技术职工需快速断开电流，借此保护地铁供电系统安全、稳定运行，然而如果快速断开电流仍旧无法使其供电系统恢复正常状态，那么操纵人员需对其采取主保护兼顾后备保护的双重保护方式。如此，即使对其采取线路纵联保护也无法获取较高保护作用，还是可以通过过流保护获取更好的系统保护效果。此外，如果该系统供电运转时产生接地短路问题，其检修职工可在此时对其实施零序电流保护方式，进而保证其系统运转恢复正常状态[2]。

地铁直流系统保护原理解读

一、直流框架保护

1、概述：

地铁直流供电系统主要由牵引降压变电所、架空接触网、钢轨三部分组成。每个牵引降压变电所内有两个整流机组，将来自110 kV /33 kV 主变电站的交流33 kV 经整流变压器降压为AC1200V交流电，经整流器组将AC1200V交流电变为直流DC 1500 V直流电后, 通过直流开关柜向接触网供电。

一般来说，正常情况下1号馈电线向下行方向接触网供电，2号馈电线方向上行接触网供电。每个区间内的接触网由两个牵引变电所同时供电，称为小双边供电方式。双边供电的优点是供电可靠性高，也可提高接触网电压水平，减少电能损耗。

当任一牵引变电所因故障不能正常供电时，该故障牵引变电所退出运行，即断开该馈线断路器，合上馈线越区隔离开关。故障牵引变电所担负的供电臂经由相邻牵引变电所实行越区供电，此时称为大双边供电方式。

因地铁直流供电系统是不接地系统，即直流柜对地是绝缘安装。当直流带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，为了及时将直流设备内发生的短路故障迅速切除，故直流系统设置了直流框架保护。如果发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏或直流1500

V 开关柜的正极与柜体发生故障时, 对设备尤其对人身安全会造成严重威胁,框架保护动作切断直流开关，确保设备安全。为了设备和人身的安全,。

2、保护原理

框架保护分为电压型框架保护和电流型框架保护保护两种（详见直流框架保护原理图

）。牵引变电所直流供电设备内部绝缘材料绝缘性能降低或失去功效，便可能危及人身安全，为防止人身伤害事故发生，可将直流系统框架泄漏保护装置安装在牵引降压变电所内，该保护主要包括反映直流泄漏电流的过电流保护以及反映接触电压的过电压保护，而过电压保护还作为钢轨电位限制装置的后备保护与车站的钢轨电位限制装置相配合。

（1）、柜架泄漏电流型保护：

装置设置二段式框架泄漏电流保护，框架泄漏电流保护可以切除绝缘安装的直流开关柜或整流器柜内发生正极与框架短路故障。框架泄漏电流保护具有电流和时间保护特性。地和直流开关柜设备框架之间测量电流可作为框架泄漏保护测量变量使用（框架电流）。

地铁直流牵引供电系统过电压保护与绝缘配置

发布时间：2021-12-21T07:17:44.619Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第15期 作者： 吴俊霞

[导读] 随着地铁系统的快速发展，直流牵引供电系统的应用越来越广泛，开发性能优良、可靠的直流保护十分迫切。

深圳地铁运营集团有限公司 广东.深圳 518000

摘要：随着地铁系统的快速发展，直流牵引供电系统的应用越来越广泛，开发性能优良、可靠的直流保护十分迫切。文章详细介绍了地铁直流牵引供电系统中使用的几种直流同轴电缆保护方法。组合跳闸保护、重合保护、结构保护的基本保护原理，以及如何根据电流增

量的准确测量区分常见故障情况和所有正常运行情况，并为地铁配备同轴电缆保护装置给出理论依据。

关键词：地铁;直流牵引;供电;过电压保护;绝缘

引言：

地铁直流牵引系统架构的保护是供电系统保护的重点保护，框架保护动作后，共12个断路器跳闸：直流断路器6个，本所高压35kV整流机组两个断路器，以及联跳两邻站4个直流馈线断路器。断路器在结构保护动作后不易重合，会造成接触网大面积停电，危及运营。因此，

结构保护的正确动作对于整个牵引供电系统非常重要。钢轨电位限制装置用于监测钢轨电压、限制钢轨电压，保护生命安全。

1、直流牵引系统保护配置原则

对于不同的地铁牵引供电系统，直流牵引系统的保护设备很可能不同，但保护效果是一样的。只要能满足保护要求，为保证供电系统可靠，系统应尽量避免一些保护。由于防护用品的过度提供，一方面会扩大系统项目的投入，另一方面会提高保护配合难度。对于采用第

三接触轨供电系统方式的地铁供电系统，由于供电系统电压为1500V，供电系统之间的距离较短，但回路电阻较大，短路容量比较小，存在

短路容量与列车牵引负载电流难以区分的情况。由于最初的直流电源保护系统缺乏具有可用性能的保护设备，一般只提供电流和过流保护

装置来断开常见故障，保护的效果通常并不理想。

为了更好地处理上述问题，一种方法是改进直流多路跳线的保护。由于直流牵引系统在一切正常情况下均采用多边供电系统，当多边供电系统的线路发生常见故障时，一侧牵引变电站通常为常见近端故障，且短路容量大，保持电流流动非常容易，而对于另一侧的常见故