城市軌道交通供電系統運行與管理

直流牽引供電系統保護

一直流牽引供電系統保護特點二目錄牽引變電所聯跳保護三直流框架保護四縱聯差動保護學習目標知識目標：（1）理解牽引變電所聯跳保護的幾種形式。（2）理解直流牽引供電系統框架保護原理。（3）理解縱聯差動保護原理。（4）了解城軌供電系統主要保護配置與設備間的聯鎖。能力目標：（1）能解釋城軌牽引供電系統保護的“死區”。（2）會看圖分析牽引變電所聯跳保護的開關動作。（3）能說明直流牽引供電系統框架保護的原理。（4）能說明縱聯差動保護的原理。素質目標：（1）養成團隊協作與互助意識。（2）養成堅持自學習慣。01直流牽引供電系統保護特點一、直流牽引供電系統保護特點對于直流牽引供電系統保護，主要可分為牽引整流機組保護和直流饋出保護兩個部分。其最大的特點是系統的“多電源”和保護的“多死區”。“多電源”：城軌牽引供電系統的“多電源”是指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，而實際上是全線的牽引變電所皆通過牽引網向短路點供電。一、直流牽引供電系統保護特點“多死區”：是因牽引供電系統本身的特點和保護對象的特殊性而形成保護上的“死區”。

具體原因：地鐵列車為多輛電動車組編組，其起動電流大于牽引網最小短路電流；電動列車是隨時在運動的，其位置在不斷移動、變化，作為電動列車的遠后備保護，牽引變電所的保護應延伸至電動列車主回路末端。對直流牽引供電系統，速動性與可靠性同等重要。直流側保護均采用ms級的電氣設備，如直流快速熔斷器、直流快速斷路器、di/dt△I保護等，都是以ms做計算單位。目的就是在直流短路電流的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，其保護的設置原則應當是“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。02牽引變電所聯跳保護二、牽引變電所聯跳保護

【聯跳】所謂聯跳，就是一個開關事故跳閘后，去強迫與其相關的所有開關跳閘。解決牽引供電系統直流開關沒有遠后備保護的唯一可靠的辦法。1.聯跳保護的概念

【聯跳保護】所謂聯跳保護，就是當發生短路時，及時地切斷流向短路點的電源。

【雙邊聯跳保護】所謂雙邊聯跳，就是切斷雙邊供電電源。

【變電所聯跳保護】所謂變電所聯跳保護，就是切斷變電所流向短路點的所有電源。

正常雙邊聯跳，距離短路點較近的變電所應先動作，同時向本所聯跳裝置發跳閘信號，通過所間的聯跳電纜，向相鄰變電所的聯跳裝置發送跳閘信號。二、牽引變電所聯跳保護

牽引變電所聯跳保護適用于以下兩種情況:①牽引變電所的兩套整流機組開關同時因故障跳閘。②牽引變電所任何一路直流饋出開關失靈拒動。1.聯跳保護的概念【遠后備保護】所謂遠后備保護，即保護開關的上一級開關的保護。【近后備保護】所謂近后備保護則指保護開關本身所設置的后備保護。設置牽引變電所聯跳的根本原因就是因為牽引變電所的直流斷路器失靈拒動時，沒有遠后備保護，因為地鐵牽引供電系統短路的特點就是多電源、多回路、多參數。二、牽引變電所聯跳保護當Kr點發生短路時，如果直流開關DS1失靈拒動，即便是短路電流使直流開關DS2跳閘，并使交流開關QF1、QF2也同時跳閘，也不能切斷短路點的電源，還必須使四路饋出開關DS3、DS4、DS5、DS6同時跳閘，即實現牽引變電所聯跳。1.聯跳保護的概念如短路點Km，不僅要斷開交流側斷路器QF1、QF2，同時還必須斷開四路饋出開關，即實現牽引變電所聯跳。如短路點Kq，流入短路點的短路電流也為6路。二、牽引變電所聯跳保護

（1）正常雙邊聯跳①牽引網正常雙邊供電。當牽引網正常雙邊供電時，為保護運行列車的安全，供電區一側斷路器事故跳閘，同時聯跳同一供電區另一側的斷路器，以使短路點及時切斷電源。如圖3.2.4所示。2.聯跳保護的幾種形式二、牽引變電所聯跳保護

（1）正常雙邊聯跳②利用牽引變電所母線構成大雙邊供電。當采用這種供電方式，仍實行正常雙邊聯跳，聯跳條件不做任何變動。利用牽引變電所直流母線構成大雙邊供電的條件是:a.牽引變電所只有整流機組退出運行。b.直流母線、上下行4路饋出開關運行正常。2.聯跳保護的幾種形式二、牽引變電所聯跳保護

（2）一路饋出開關退出運行時的雙邊聯跳當牽引變電所一路饋出開關退出運行時，為保證列車運行時的電壓質量仍和正常雙邊供電時一樣，可以繼續實行正常雙邊供電，并實行雙邊聯跳，雙邊聯跳條件需進行自動轉換。即由相鄰變電所來的聯跳條件從退出運行開關QF3轉換至同一電分段另一側開關QF5。這種保護方式適用于上行或下行一路饋出開關故障退出運行時的保護，也適用于兩路（不同電分段的兩路）開關故障退出運行的保護。2.聯跳保護的幾種形式二、牽引變電所聯跳保護（3）牽引網大雙邊聯跳這種保護適用于以下兩種情況:①牽引變電所B故障解列、退出運行。②牽引變電所同一電分段的兩路饋出開關故障退出運行。2.聯跳保護的幾種形式牽引變電所B，合縱向電動隔離開關ZDG，由相鄰牽引變電所（A、C）對牽引網實行大雙邊供電，一側斷路器跳閘同時引起同一供電區另一側斷路器也跳閘，同時其聯跳條件也應自動轉換。03直流框架保護三、直流框架保護直流正極接地保護，也稱直流框架保護。因為牽引供電系統的正極、負極均不接地，為懸浮安裝，對地面牽引變電所，當直流正極碰殼時，屬小電流接地系統，其接地短路電流受牽引變電所接地電阻與走行軌對地過渡電阻的制約，不足以使保護開關動作，故專為此而設置框架保護。電流測量元件一端接設備外殼，另一端接地，用于檢測外殼與地之間流過的故障電流。電壓測量元件用于測量設備外殼與直流設備負極之間的電壓，一端接于負極，另一端接設備外殼。當任意一個直流設備內正極對外殼短路時，對地電流通過電流測量元件流入地網，再通過鋼軌與地之間的過渡電阻（或排流柜）回到鋼軌（負極）。三、直流框架保護電壓型框架保護整定原則：電壓型框架保護定值和時間要與鋼軌電位限制裝置相互配合，電壓與時間整定值使得電壓型框架保護滯后于鋼軌電位限制裝置。電流型框架保護整定原則：電流型框架保護在直流系統主絕緣擊穿時，產生小電流接地故障時動作，其電壓和電流檢測對故障點的定位都比較困難，選擇性較差。電流型框架保護定值精度要求較高，電流元件由于靈敏度過高，可調整定值，定值為一般35～85A，動作時限為0秒。04縱聯差動保護四、縱聯差動保護縱聯差動保護，也即輸電線的縱聯差動保護，是用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯結起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內還是在線路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路的一種保護方式。一套完整的縱聯差動保護包括兩端繼電保護裝置、通信設備和通信通道。結構組成示意圖如圖3.2.12所示。其中通信通道有導引線、載波、光纖、微波等方式。四、縱聯差動保護縱聯電流差動保護原理縱聯電流差動保護的基本原理建立在基爾霍夫電流定律的基礎之上，是基于比較被保護線路始端和末端電流的大小和相位原理構成的。即