直流牽引系統(tǒng)正極接地保護(hù)方式的探討正極接地

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直流牽引系統(tǒng)正極接地養(yǎng)護(hù)方式的探討

直流牽引系統(tǒng)正極接地養(yǎng)護(hù)方式的探討摘要闡述了取消框架養(yǎng)護(hù)電壓元件的正極接地養(yǎng)護(hù)方式不宜采用的理由，說領(lǐng)略采用為牽引所外的正極接地而設(shè)置框保電壓元件的正極接地養(yǎng)護(hù)方式的理由，介紹了正極接地養(yǎng)護(hù)與鋼軌電位限制器電壓監(jiān)視整定值的正確合作。

軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的正極、負(fù)極均不接地。一旦負(fù)極接地，因牽引負(fù)荷的回流除由走行軌返回外，還可以從地返回，這樣會(huì)使雜散電流增大;

若發(fā)生正極接地，就會(huì)對(duì)人身安好造成嚴(yán)重要挾。本文針對(duì)正極接地，介紹不宜采用的養(yǎng)護(hù)方式的理由及宜采用的養(yǎng)護(hù)方式的原理。

1直流牽引供電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置正極接地養(yǎng)護(hù)正極接地，在鋼軌電位限制器(GDX)不動(dòng)作及負(fù)極對(duì)地有確定絕緣電阻的處境下(見圖1)，按說不影響車輛的運(yùn)行，但是車輛停在車站上卜乘客時(shí)有極大安好隱患生車乘客腳踩帶正極電位的地，若手碰車身外殼(是接觸網(wǎng)負(fù)極)，會(huì)因觸電而傷亡。為制止觸電，上下車的乘客需要以騰躍方式進(jìn)出車廂。所以，在直流牽引供電系統(tǒng)牽引變電所內(nèi)應(yīng)設(shè)置正極接地養(yǎng)護(hù)裝置，一旦檢測(cè)到正極接地就不允許運(yùn)營(yíng)，正極接地養(yǎng)護(hù)動(dòng)作，使向接地故障供電區(qū)間送電的本所及相鄰所的全部饋線快速斷路器HSCB跳閘，中斷車輛運(yùn)營(yíng)。

2不宜采用取消框保電壓元件的正極接地養(yǎng)護(hù)方式2.1鋼軌電位限制器的作用在直流牽引供電系統(tǒng)中，由于供電區(qū)段有啟動(dòng)及運(yùn)行列車電流或短路電流的存在，可能會(huì)引起走行軌與大地之間產(chǎn)生超出許可的接觸電壓。為養(yǎng)護(hù)車站旅客的人身安好，就需要裝置一套將走行軌與地連通的鋼軌電位限制器(GDX)，以限制車站范圍走行軌的電位，制止接觸電壓超出安好許可值。圖1為當(dāng)兩牽引變電所供電區(qū)間有列車啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)，走行軌對(duì)地的電位分布示意圖。

GDX的電壓檢測(cè)及接觸器主觸點(diǎn)均接于走行軌(負(fù)極)和地之間，其整定值按EN50122-1;

12.97標(biāo)準(zhǔn)中的人體耐受電壓一時(shí)間特性曲線舉行整定。當(dāng)檢測(cè)電壓高于整定值時(shí)，GDX動(dòng)作將走行軌與地短接，走行軌與地等電位，從而保護(hù)車站旅客的人身安好。

2.2框架泄漏養(yǎng)護(hù)原理圖2為取消框保電壓元件的正極接地養(yǎng)護(hù)接線示意圖。其中:框架泄漏保護(hù)由電流檢測(cè)元件K;及電壓檢測(cè)元件K。組成(K。畫虛線表示取消)，GDX為鋼軌電位限制器，PL為排流柜，HSCB為直流饋線快速斷路器，R為走行軌對(duì)地的泄漏電阻。

在正常處境下，框架養(yǎng)護(hù)K;中沒有電流通過。當(dāng)牽引所任意一個(gè)直流設(shè)備內(nèi)正極對(duì)外殼短路時(shí)(圖2的K,點(diǎn))，接地電流通過K;流人地網(wǎng)，再經(jīng)R回到走行軌(負(fù)極)。當(dāng)接地電流達(dá)成K;整定值時(shí)，K;動(dòng)作跳脫本所全部的HSCB，并聯(lián)跳相鄰所向一致供電區(qū)間供電的HSCB。

疏忽Ki低阻抗，Ku檢測(cè)的電壓就是正極與負(fù)極之間的電壓。所以，在發(fā)生K1點(diǎn)現(xiàn)象時(shí)，除Ki動(dòng)作外，Ku也要?jiǎng)幼鳌?/p>

2.3欲消彬保電所元件的理由理由1:由于框保Ku及GDX的電壓檢側(cè)元件根本上均是檢側(cè)的走行軌與地之間的電壓，當(dāng)兩者動(dòng)作整定值合作不妥時(shí)，往往僅需要GDX動(dòng)作確發(fā)生框保Ku誤動(dòng)作，造成不必要的供電區(qū)間HSCB全部跳閘，影響正常運(yùn)行。為制止K，誤動(dòng)造成HSCB跳閘，一種手段是取消Ku;另一種手段是整定值的合理合作，如在GDX整定值為90Vis及150V無延時(shí)(含接觸器50ms合閘時(shí)間，全部動(dòng)作時(shí)間約在70ms)時(shí)，取K。為90V1.5s,保證動(dòng)作有選擇性，盡量裁減Ku的誤動(dòng)作。為制止Ku誤動(dòng)致使HSCB跳閘，也有采取將Ku只用于報(bào)警而不跳HSCB的做法。

理由2:在圖2發(fā)生K:點(diǎn)正極接地時(shí)，國(guó)外廠商認(rèn)為在有GDX和PL處境下，通過它們的動(dòng)作為正極接地供給了短路電流通路，可以使HSCB跳閘，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)正極接地起養(yǎng)護(hù)作用，從而建議取消Ku(有若干家軌道交通企業(yè)采用了這種做法)。

2.4取消框保Ku的缺點(diǎn)沒有Ku，在區(qū)間發(fā)生金屬性K2點(diǎn)故障時(shí)由于GDX的動(dòng)作，通過HSCl3的電流速斷養(yǎng)護(hù)或di/dt和△I養(yǎng)護(hù)是能夠使HSCB跳閘的。問題是GDX接觸器的主觸點(diǎn)耐受電流才能不行，往往在HSCB跳閘前主觸點(diǎn)已發(fā)生熔接。因牽引網(wǎng)正極接地造成GDX接觸器燒損的現(xiàn)象，在國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生。GDX接觸器主觸點(diǎn)熔接理由:在靠近牽引所鄰近發(fā)生正極接地，短路電流有可能大于50kA,HSCB通過電流速斷的全分?jǐn)鄷r(shí)間在di/dt=S5xl06A/s時(shí)約25ms;若遠(yuǎn)離牽引所發(fā)生正極接地故障，通過di/dt及△I養(yǎng)護(hù)使HSCB跳閘，全分?jǐn)鄷r(shí)間約100ms。而西門子SCD一T型GDX接觸器的技術(shù)參數(shù):額定50ms浪濱電流為7kA,短路試驗(yàn)測(cè)試在預(yù)期分閘電流t=9.9ms,I=50kA時(shí)有可能發(fā)生觸頭熔接。所以，在靠近牽引所的正極接地，GDX接觸器的耐受電流實(shí)時(shí)間值有可能均不得志要求;在遠(yuǎn)離牽引所的正極接地，GDX接觸器的耐受電流的時(shí)間有可能得志不了要求。

沒有Ku,，在區(qū)間發(fā)生非金屬性接地故障時(shí)，雖然GDX動(dòng)作將負(fù)極與地短接，但由于回路阻抗大，短路電流達(dá)不到HSCB的di/dt和△I養(yǎng)護(hù)的工作靈敏度而SCB跳不了閘，也是完全有可能發(fā)生的(用假設(shè)來解釋:在電源電壓為750V處境下，走行軌對(duì)地泄漏電阻為1.5Ω，若發(fā)生接觸網(wǎng)的正極接地也有1.5Ω阻抗，那么GDX檢測(cè)走行軌對(duì)地因有375V電壓便動(dòng)作，但GDX將走行軌與地連通后的短路電流僅為SODA,HSCB不成能跳閘)。一旦發(fā)生此類故障，將直接要挾人身安好。

關(guān)于通過PL動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)正極接地養(yǎng)護(hù)，更不現(xiàn)實(shí)。由于一般地排流操作方式采用“手動(dòng)”不是“自動(dòng)”，既使能“白動(dòng)”排流，也同樣會(huì)發(fā)生如上述通過GDX動(dòng)作實(shí)現(xiàn)正極接地養(yǎng)護(hù)帶來的問題。

3推舉采用為正極接地而設(shè)置的框保電壓元件的正極接地養(yǎng)護(hù)方式3.1k2是牽引所外的正極接地電壓檢測(cè)元件圖3是框保電壓元件為正極接地而設(shè)置的養(yǎng)護(hù)方式接線示意圖。

圖3與圖2對(duì)比，在圖2中Ku接在直流柜外殼與負(fù)極之間，在圖3中將Ku寫成Kz(表示為正極接地而設(shè)置)，其接在地與負(fù)極之間。此外，在Kz回路中多了一個(gè)二極管D,共作用就是在發(fā)生正極接地時(shí)才允許K:動(dòng)作，在非正極接地時(shí)若因走行軌電位高于地電位達(dá)成GDX動(dòng)作值時(shí)，Kz十足不會(huì)誤動(dòng)作。

單純從牽引所自身的框架養(yǎng)護(hù)而言，有了電流檢測(cè)元件Ki就沒有必要再設(shè)置電壓檢測(cè)元件Ku是對(duì)的。但是從實(shí)現(xiàn)牽引所外的正極接地養(yǎng)護(hù)來說，就務(wù)必要有電壓檢測(cè)元件，就是圖3中的Kz,所以嚴(yán)格說它不屬干牽引所內(nèi)的框架養(yǎng)護(hù)范疇。

3.2正極接地養(yǎng)護(hù)的要求對(duì)正極接地養(yǎng)護(hù)Kz動(dòng)作的要求:(1)非正極接地時(shí)，在正常處境下GDX因走行軌對(duì)地電位差達(dá)成整定值的動(dòng)作，Kz十足不應(yīng)動(dòng)作;

(2)在正極接地時(shí)，Kz動(dòng)作借助與框保K;組成的或門養(yǎng)護(hù)電路使本所HSCB跳閘，并聯(lián)跳相鄰所向一致供電區(qū)間供電的HSCB;

(3)在正極接地時(shí)，盡可能做到在GDX還來不及動(dòng)作前，Kz動(dòng)作己將HSCB跳閘。

3.3Kz與GDX電壓監(jiān)視整定值的合作在上述“2.3”條款中述:為制止框保電壓元件Ku的誤動(dòng)，整定值GDX為90Vis及150V無延時(shí)(動(dòng)作時(shí)間約70ms),Ku為90V1.5s。專為正極接地而設(shè)置的Kz，其整定值不能采取這種思路舉行整定，由于按這種思路整定在正極接地時(shí)，GDX先動(dòng)作，不符合Kz動(dòng)作的第“3”點(diǎn)要求。為得志K:動(dòng)作的第“1”及“3”點(diǎn)的要求，建議整定值的合作為:GDX-70V1s,150V50ms延時(shí);K一250V無延時(shí)。

圖4為鋼軌電位限制器與正極接地的整定曲線。圖中:曲線1為GDX的整定曲線;曲線2為正極接地的Kz整定曲線;曲線3為EN50122-1(DC)標(biāo)準(zhǔn)人體耐受電壓一時(shí)間特性曲線。由圖4可以看出:在負(fù)極與地電位差≥150V時(shí)，GDX全部動(dòng)作時(shí)間為120ms(含延時(shí)50ms及接觸器合閘50ms)，在EN50122一1(DC)標(biāo)誰(shuí)允許范圍之內(nèi);由于非正極接地時(shí)GDX動(dòng)作，其負(fù)極與地之間的電位差是不成能達(dá)成250V的，所以Kz整定值取250V能得志Kz動(dòng)作的第"1”點(diǎn)要求。

靠近牽引所的正極接地，Kz動(dòng)作使HSCB完全分?jǐn)嗳繒r(shí)間約35ms;遠(yuǎn)離牽引所的正極接地，K:動(dòng)作使HSCB完全分?jǐn)嗟膫€(gè)部時(shí)間約110ms。由于GDX全部動(dòng)作時(shí)間為120ms，均大于這兩種處境的HSCB跳閘時(shí)間，就是說在發(fā)生正極接地時(shí)不等GDX動(dòng)作HSCB已經(jīng)跳閘完畢，徹底制止了正極接地時(shí)GDX的動(dòng)作有可能發(fā)生接觸器燒損的現(xiàn)象。

假設(shè)GDX整定值在大于150V依舊要求無延時(shí)，那么對(duì)于遠(yuǎn)離牽引所的正極接地，在HSCB跳閘需要110ms時(shí)GDX實(shí)際接通的時(shí)間約為40ms，在短路電流不大的處境下理應(yīng)說是不會(huì)展現(xiàn)GDX接觸器燒損間題的。

所以，GDX動(dòng)作值在150V時(shí)不想采用延時(shí)50ms值，也完全可以。

4框保與正極接地的兩種不同養(yǎng)護(hù)信號(hào)的判斷發(fā)生圖3的K;點(diǎn)正極接地時(shí)，框架養(yǎng)護(hù)Ki斷定動(dòng)作，與此同時(shí)Kz也會(huì)動(dòng)作;而發(fā)生Kz點(diǎn)的正極接地時(shí)，僅Kz動(dòng)作，Ki是不動(dòng)作的。由此，可以根據(jù)K;及Kz是否同時(shí)動(dòng)作，來判斷牽引所全部HSCB跳閘是屬于哪一種正極接地故障造成的:凡有Ki動(dòng)作，故障發(fā)生在牽引所內(nèi);僅Kz動(dòng)作，故障都般在牽引所外。正極接地故障類型不同，電調(diào)處理的方法是不同的，為了裁減處理時(shí)間，電調(diào)務(wù)必在電力監(jiān)控操縱中心能判斷出正極接地的類型。由于現(xiàn)在的SCADA系統(tǒng)是不能判斷的，為此建議利用Ki及Kz的多余輔佐接點(diǎn)，經(jīng)圖5的電路處理(注:圖中的Ki,Kz繼電器