地鐵非端部牽引所直流速斷保護(hù)設(shè)定方式研究.docx

1、地鐵非端部牽引所直流速斷保護(hù)設(shè)定方式研究楊曄摘要：結(jié)合工程案例，針對(duì)正線非端部牽引變電所，從供電牽引電流計(jì)算、直流保護(hù)整定、運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況等方面，對(duì)DC1500V電流速斷保護(hù)（加）相關(guān)影響因素分別作了分析，提出了非端部牽引變電所直流速斷保護(hù)知整定取值建議、以及運(yùn)營(yíng)部門(mén)應(yīng)重點(diǎn)采取的措施。關(guān)鍵詞：DC1500V；正線：非端部牽引所：?jiǎn)芜吂╇?；電流速斷保護(hù)（上）：整定值A(chǔ)bstract：Withreferenceofthecasesofprojects,andwithrespectofmainlinenon-endtractionsubstation,andonaspectsofcalculation

2、ofpowersupplytractioncurrent,settingofDCprotectionandtheactualoperationsituations,thecorrelativefactorsaffectingDC1500Vcurrentquickbreakingprotection（/皿）havebeenanalyzed,andtheproposalsforsettingvaluesofDCcurrentquickbreakingprotectionImaxofnon-endtractionsubstationandthemeasurestakingfortheoperatio

3、nsectorhavebeenputforward.Keywords：DC1500V;mainline;non-endstation;unilateralpowerfeeding;currentquickbreakingprotection（/）;settingvalue中圖分類(lèi)號(hào)：U224.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1007-936X（2013）02-0047-040引言地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行方式提出要求：牽引變電所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“牽引所”）正常運(yùn)行時(shí)，非端部區(qū)段由相鄰的2座牽引所之間構(gòu)成雙邊供電；其中1座牽引所故障解列時(shí)，非端部區(qū)段由相隔的2座牽引所越區(qū)“大雙邊供電"。由于設(shè)備

4、故障，會(huì)導(dǎo)致非端部區(qū)段僅由1個(gè)牽引所單邊供電。此時(shí)運(yùn)行方式與規(guī)范中的要求不同，地鐵運(yùn)行可能會(huì)受到一定的影響。本文結(jié)合實(shí)際案例，綜合分析供電計(jì)算和保護(hù)整定，對(duì)地鐵非端部牽引所直流速斷保護(hù)設(shè)定方式進(jìn)行研究并給出相關(guān)建議。1非端部牽引所單邊供電事故及原因分析L1非端部牽引所單邊供電事故描述參見(jiàn)圖1,某地鐵早高峰運(yùn)行時(shí)間，N站一L站上行2B3區(qū)內(nèi)有2列列車(chē)基本同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，L站牽引所直流饋線開(kāi)關(guān)212的上保護(hù)裝置動(dòng)作，并聯(lián)跳N站牽引所直流饋線開(kāi)關(guān)214,造成N站一L站上行2B3區(qū)接觸網(wǎng)失壓，列車(chē)短時(shí)停運(yùn)。8s后直流饋線柜自動(dòng)重合閘成功，列車(chē)限速30km/h運(yùn)行，正常通過(guò)2B3區(qū)。作者簡(jiǎn)介：楊曄.佛山市軌

5、道交通發(fā)展有限公司，工程師,廣東佛山528000,電話相隔不久，2B3區(qū)內(nèi)又有2列列車(chē)基本同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，再次出現(xiàn)同樣情況。接觸網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)N站接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)2141故障后，遠(yuǎn)方合上N站接觸網(wǎng)越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)2124,2B3區(qū)由2B2區(qū)越區(qū)供電。圖1N站一L站接觸網(wǎng)供電分段示意圖通過(guò)合閘接觸網(wǎng)越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)大雙邊供電后，列車(chē)能正常運(yùn)行。1.2事故直接原因分析事故后，運(yùn)營(yíng)部門(mén)檢查現(xiàn)場(chǎng)供電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，N站接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)2141信號(hào)檢測(cè)輔助開(kāi)關(guān)HK存在功能缺陷：刀閘未合閘到位的情況下，仍發(fā)送合閘到位信號(hào)至控制信號(hào)盤(pán)。由于N站牽引所上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)2

6、141故障，且N站牽引所越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)2124也沒(méi)有合閘形成大雙邊供電，導(dǎo)致2B3區(qū)送電后，形成了正線非端部車(chē)站始終處于單邊供電的狀態(tài)，即如圖2中，N站牽引所虛線所框區(qū)域并沒(méi)有向“N站一L站''供電區(qū)間進(jìn)行電能輸出。P站。站N站站L站圖2直流供電系統(tǒng)示意圖如果越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)2124合閘，用場(chǎng)路方法進(jìn)行計(jì)算分析，2列列車(chē)的同時(shí)啟動(dòng)電流，在大雙邊供電的條件下，不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)跳閘。因此，接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)合閘不到位，導(dǎo)致“N站一L站"非端部供電區(qū)間處在單邊供電狀態(tài)是上文中保護(hù)裝置動(dòng)作、開(kāi)關(guān)跳閘的直接原因。1.3事故跳閘直接原因1.3.1現(xiàn)場(chǎng)故障電流的實(shí)際值當(dāng)N站一L站上行（2B3區(qū)）

7、實(shí)際處于單邊供電狀態(tài)時(shí)，該區(qū)間運(yùn)行的列車(chē)全部從L站牽引所直流饋線開(kāi)關(guān)212取流。單列車(chē)加速時(shí)最大取流可超過(guò)3000A,同時(shí)，由于單邊供電末端網(wǎng)壓較低，列車(chē)取流更大，從圖3中也能看出，2列列車(chē)在同一供電區(qū)運(yùn)行時(shí)瞬時(shí)取流超過(guò)6000A,而L站牽引所直流饋線開(kāi)關(guān)/響保護(hù)動(dòng)作整定值為6000A,因此L站直流開(kāi)關(guān)212跳閘。圖3L站212開(kāi)關(guān)第一次跳閘波形記錄圖1.3.2牽引電流的理論計(jì)算從現(xiàn)場(chǎng)跳閘波形記錄可以看出，2列列車(chē)取流數(shù)值大于牽引所直流饋線開(kāi)關(guān)/max保護(hù)整定值。在確保系統(tǒng)安全運(yùn)行的條件下，為了提供更好的運(yùn)營(yíng)服務(wù)，避免運(yùn)營(yíng)相關(guān)事故處理，需要進(jìn)一步研究牽引電流的數(shù)值及保護(hù)整定的取值。（1）單列車(chē)

8、供電牽引電流的理論計(jì)算。本次事故線路采用B型車(chē)，4動(dòng)2拖6輛編組，最高運(yùn)行速度為80km/h,高峰小時(shí)最大行車(chē)密度為30對(duì)/h。列車(chē)定員總重335.60t,車(chē)輛輔助用電功率389kWo結(jié)合線路實(shí)際情況，在列車(chē)牽引計(jì)算的基礎(chǔ)上，按照運(yùn)行圖各區(qū)間行車(chē)、停站時(shí)分進(jìn)行整流機(jī)組負(fù)荷電流計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，與本次事故相關(guān)的幾個(gè)供電區(qū)間單列車(chē)最大啟動(dòng)電流如表io表1故障時(shí)單列車(chē)最大啟動(dòng)電流數(shù)值表站名列車(chē)最大啟動(dòng)電流/A上行下行N站36523318M站36533659L站33183724（2）供電臂上供電牽引電流的理論計(jì)算。當(dāng)正線一座牽引所解列時(shí)，如果故障牽引變電所越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)合閘、相鄰變電所形成大雙邊供電時(shí)，雖然

9、整個(gè)大供電區(qū)間的列車(chē)數(shù)量增多了，但大雙邊供電區(qū)間內(nèi)的列車(chē)不可能都同時(shí)處于啟動(dòng)狀態(tài)，必然有列車(chē)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，車(chē)輛數(shù)量的增加讓列車(chē)釋放的再生能量被吸收的概率增大，再生能彪可以得到更高效利用，從而減小整流機(jī)組的電流輸出。供電系統(tǒng)模擬是按照嚴(yán)格的運(yùn)行圖行車(chē)停站時(shí)分進(jìn)行計(jì)算的。在實(shí)際行車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)，由于各種因素會(huì)使運(yùn)行圖變動(dòng)，進(jìn)而對(duì)牽引所電流輸出產(chǎn)生較大的影響。圖4中N站牽引所在1號(hào)運(yùn)行圖（發(fā)車(chē)間隔2min）下，最大的母線電流接近5000A,能夠回饋到牽引所母線處的再生電能不到200A（圖4）；而在30號(hào)運(yùn)行圖下（發(fā)車(chē)間隔仍為2min,相對(duì)1號(hào)運(yùn)行圖，發(fā)車(chē)時(shí)間錯(cuò)位30s）,牽引所最大的母線電流接近700

10、0A,反饋大牽引所母線處的再生電流約1000A（圖5）；二者相比，1號(hào)運(yùn)行圖下由于列車(chē)釋放的再生能量得到了更充足的利用（反饋到母線側(cè)的就少），那么整流機(jī)組的輸出電流就會(huì)大大減小。因此，運(yùn)行圖的調(diào)整對(duì)于整流機(jī)組的電流輸出影響較大，并且運(yùn)行圖變化還存在各種概率因素。圖4遠(yuǎn)期高峰小時(shí)N站牽引所1號(hào)運(yùn)行圖下的牽引所母線電流圖圖5遠(yuǎn)期高峰小時(shí)N站牽引所30號(hào)運(yùn)行圖下的牽引所母線電流圖從上述分析可以看出，由于列車(chē)制動(dòng)產(chǎn)生的再生電流和其他列車(chē)啟動(dòng)吸收電流之間的相互影響，因此當(dāng)列車(chē)在不同運(yùn)行圖下行駛時(shí)，就會(huì)直接影響整流機(jī)組的電流輸出。如果行車(chē)交路發(fā)生較大變化，同時(shí)牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)多重故障，就難以從供電仿真計(jì)算

11、中得出精確、合理的饋線電流值。綜上所述，在非端部車(chē)站，由于其他故障造成單邊供電，在多列車(chē)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致瞬時(shí)取流超過(guò)直流饋線開(kāi)關(guān)上整定值，這是導(dǎo)致該次跳閘的間接原因。2直流速斷保護(hù)取值分析及建議在保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，應(yīng)盡可能地考慮行車(chē)交路變化引起和系統(tǒng)運(yùn)行方式臨時(shí)變化的饋線電流波動(dòng)。通過(guò)在整定計(jì)算中取一定的過(guò)負(fù)荷系數(shù)來(lái)消除影響，就可能避免類(lèi)似的跳閘事故。根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157-2003)中14.2.5要求“一座牽引變電所退出運(yùn)行時(shí)，相鄰的兩座牽引變電所應(yīng)能分擔(dān)其供電分區(qū)的牽引負(fù)荷”，即一座牽引所退出運(yùn)行，相鄰的兩座牽引所越區(qū)“大雙邊”向接觸網(wǎng)供電。供電計(jì)算提供的牽引電流考慮了正

12、常供電、單臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行、通過(guò)越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)大雙邊供電，通過(guò)直流母線大雙邊供電4種情況下的傲線最大負(fù)荷電流，但未考慮正線非端部牽引所解列，相鄰牽引所單邊供電的情況。/max的電流保護(hù)配置需要考慮正線某座牽引所解列、相鄰牽引所單邊或是大雙邊供電條件下整流機(jī)組輸出的最大電流值。本文以下著重討論非端部牽引變電所，保證安全的條件下，從供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直流保護(hù)整定取值、運(yùn)營(yíng)檢測(cè)手段等方面進(jìn)行局部修正，盡量避免以上列車(chē)停運(yùn)事故的發(fā)生。2.1既有線保護(hù)定值的設(shè)置保護(hù)整定要滿(mǎn)足速動(dòng)性、靈敏性、可靠性、選擇性的要求。從可靠性來(lái)說(shuō)，就是要從保護(hù)的整定上區(qū)分各種非故障的運(yùn)行情況和故障運(yùn)行情況，保證非故障運(yùn)行情況下不誤動(dòng)

13、，故障情況下可靠動(dòng)作。對(duì)于速動(dòng)性、靈敏性和選擇性來(lái)說(shuō)，這三者是相互矛盾相互制約的，在保證可靠性的前提下，為提高速動(dòng)性，必然要降低電流的整定值(跳閘延時(shí)一定的情況下)，靈敏性同時(shí)提高了，但是犧牲了選擇性，可能出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況，反之亦然。因此，需要在這三者之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，同時(shí)兼顧速動(dòng)性、靈敏性、選擇性。直流饋線上的整定，是以供電牽引計(jì)算模擬出的最大饋線電流結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行配置的，同時(shí)考慮1.05的可靠系數(shù)：另外還要躲開(kāi)保護(hù)區(qū)外的誤跳，即大于正常雙邊供電末端短路r=20ms時(shí)的短路電流。在綜合考慮以上2個(gè)因素的基礎(chǔ)上，為便于對(duì)定值的錄入和管理，筆者對(duì)所有的定值進(jìn)行了歸整。經(jīng)校驗(yàn)，不管是在正常運(yùn)行

14、方式下、單臺(tái)整流機(jī)組工作方式下，通過(guò)越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)“大雙邊”越區(qū)供電方式下，還是在通過(guò)直流母線“大雙邊”越區(qū)供電方式下，牽引所直流1500V饋線的上整定值均滿(mǎn)足以上整定原則和要求。之所以出現(xiàn)L站212饋線/max跳閘的情況，是由于N站隔離開(kāi)關(guān)2141合閘不到位造成了N站一L站實(shí)際單邊供電運(yùn)行的情況，該運(yùn)行方式與規(guī)范中設(shè)定條件相差較大，不在以目前標(biāo)準(zhǔn)為前提的設(shè)計(jì)考慮范圍。2.2保護(hù)定值可能的解決措施雖然目前既有線的設(shè)定滿(mǎn)足規(guī)范要求，但從保證行車(chē)的角度出發(fā)，站在運(yùn)營(yíng)的立場(chǎng)考慮，在確保系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，考慮現(xiàn)場(chǎng)的情況應(yīng)有一定的包容性，因此在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，整定計(jì)算時(shí)要考慮非端部牽引所單邊供電的情況

15、，并應(yīng)對(duì)提高Zmax整定值的可行性和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。2.3整定值計(jì)算原則1:整定值應(yīng)高于預(yù)期的饋線峰值電流。Imaxi=1.05X扁*=1.05X632=6.64kA式中，J為根據(jù)供電計(jì)算提供的最大負(fù)荷電流值，6.32kAo原則2：整定值保證相鄰區(qū)間近端短路的選擇性，應(yīng)由故障區(qū)間近端的直流斷路器的電流速斷保護(hù)清除故障，同時(shí)應(yīng)避免在保護(hù)范圍之外故障情況下斷路器跳閘；即大于正常雙邊供電末端短路1=20ms時(shí)的短路電流，考慮1.05的可靠系數(shù)。/max2=1.05X&XQ-EXP(-20/7)=1.05X13.32X1-EXP(-20/64.48)=3.73kA式中，位為穩(wěn)態(tài)短路電流，計(jì)算值為

16、13.32kA；T為時(shí)間常數(shù)，計(jì)算值為64.48ms。最終計(jì)算值/max=MAX(谿】,1max2)=6-64kA2.4整定值計(jì)算調(diào)整根據(jù)本文2.3.2節(jié)中單列車(chē)最大啟動(dòng)電流表，L站下行單列車(chē)最大啟動(dòng)電流為3724A,按2列列車(chē)同時(shí)啟動(dòng)的情況考慮，將A的最終整定值調(diào)整為7500A,經(jīng)詳細(xì)核算得出L站直流饋線保護(hù)整定值調(diào)至7500A后,正常運(yùn)行工況下末端短路的靈敏系數(shù)為1.74,能滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行要求。2.5對(duì)運(yùn)營(yíng)部門(mén)的要求該定值調(diào)整后，如果運(yùn)營(yíng)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)故障，列車(chē)雖然不會(huì)由于跳閘停運(yùn)，但是容易長(zhǎng)期帶故障運(yùn)行，設(shè)備和電纜等易長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的壽命考驗(yàn)苛刻。因此，需要維修部門(mén)密切關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行