城市軌道交通供電第五章-城市軌道交通供電保護(hù)及測控系統(tǒng)課件

第一節(jié)繼電保護(hù)的意義

一、城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)置繼電保護(hù)的意義

城市軌道交通供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，它包括變電、輸電、配電和用電環(huán)節(jié)。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運行，不但直接關(guān)系到城市軌道交通企業(yè)用電的暢通，而且還會影響到電力系統(tǒng)能否正常運行。因此要全面地理解和執(zhí)行電業(yè)部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保城市軌道交通供電系統(tǒng)的正常運行，其意義就非常重要。

城市軌道交通供電系統(tǒng)中包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，總的來說一次系統(tǒng)比較簡單、更為直觀，設(shè)置上較為容易；而二次系統(tǒng)相對較為復(fù)雜，并且二次系統(tǒng)包括了大量的繼電保護(hù)裝置、自動裝置和二次控制、顯示回路。二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)1.城市軌道交通供電系統(tǒng)的工況

(1)供電系統(tǒng)的正常運行這種狀況指系統(tǒng)中各種設(shè)備或線路均在其要求的狀態(tài)下進(jìn)行工作；各種信號、指示和儀表均工作在允許范圍內(nèi)。

(2)供電系統(tǒng)的故障這種狀況指某些設(shè)備或線路出現(xiàn)了危及其本身或系統(tǒng)的安全運行，并有可能使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。

(3)供電系統(tǒng)的異常運行這種狀況指系統(tǒng)的正常運行遭到了破壞，但尚未構(gòu)成故障。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)2.供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

1)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中運行正常時，它應(yīng)能完整、安全地監(jiān)視各種設(shè)備的運行狀況，為值班人員提供可靠的運行信息。2)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，它應(yīng)能自動、迅速、有選擇性地切除故障部分，并能保證非故障部分繼續(xù)運行。

3)當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運行工作狀況時，它應(yīng)能及時、準(zhǔn)確地發(fā)出信號或警報，通知值班人員盡快做出及時處理。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)3.繼電保護(hù)裝置的基本要求

對繼電保護(hù)裝置的基本要求有四點：選擇性、靈敏性、速動性和可靠性。實際上這四個要求主要是針對動作于跳閘的繼電保護(hù)裝置而言的。

(1)選擇性當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能有選擇性地將故障部分切除，也就是說僅將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除。

(2)靈敏性靈敏性指繼電保護(hù)裝置對故障和異常工作狀況的反應(yīng)能力。(3)速動性速動性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障。

(4)可靠性保護(hù)裝置應(yīng)能正確地動作，并隨時處于準(zhǔn)備狀態(tài)。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)4.繼電保護(hù)的基本原理及分類

電力系統(tǒng)中的故障種類很多，但最為常見、危害最大的應(yīng)屬各種類型的短路事故。一旦出現(xiàn)短路故障，電流將急劇增大、電壓將急劇下降、電壓與電流之間的相位角將發(fā)生變化。同時還伴隨系統(tǒng)的振蕩，引起系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定。能夠區(qū)分正常運行與故障、不正常運行之間差別的可測參變量，原則上都可以構(gòu)成繼電保護(hù)的基本原理。繼電保護(hù)的常用區(qū)別特征是：電流、電壓、電流變化率、短路功率方向、阻抗、諧波等。繼電保護(hù)的分類如下：二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)(1)按原理分根據(jù)電力系統(tǒng)中不同的物理量變化為基礎(chǔ)，利用正常運行和故障時各物理量的差別就可以構(gòu)成各種不同原理和類型的繼電保護(hù)裝置。

(2)按裝置的結(jié)構(gòu)分繼電保護(hù)按裝置的結(jié)構(gòu)可分為電磁式、感應(yīng)式、整流式、晶體管式、集成電路式、微機(jī)式等，目前主要是集成電路式和微機(jī)式，其他只是部分采用。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)(3)按照作用分類

1)主保護(hù)和后備保護(hù)：供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和線路應(yīng)裝設(shè)短路故障保護(hù)。

2)輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運行而增設(shè)的簡單保護(hù)，稱為輔助保護(hù)。3)異常運行保護(hù)：反映被保護(hù)電力設(shè)備或線路異常運行狀態(tài)的保護(hù)。表5-1常用繼電器的符號及意義第二節(jié)電磁型繼電器

以電磁鐵為主體的繼電器統(tǒng)稱為電磁型繼電器。這種繼電器構(gòu)造簡單，便于維護(hù)，動作可靠，輸出功率大，因此，它不僅是構(gòu)成電磁型繼電保護(hù)裝置的主要元件，而且在其他類型(例如晶體管型)的繼電保護(hù)裝置中，也常用它作為裝置的出口繼電器，現(xiàn)就電磁型繼電器的原理及常用的幾種電磁型繼電器介紹如下。目前，在微機(jī)保護(hù)中，繼電器的應(yīng)用主要集中在出口電路，用于擴(kuò)展節(jié)點容量、隔離電路等。

一、電磁型繼電器

電磁型繼電器是通過電磁鐵的電磁力使其可動的機(jī)械部分運動，并帶動繼電器的觸點轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)輸出信號的改變，通過這些觸點可以接通或者斷開外電路。三、繼電器的作用和符號1)當(dāng)繼電器制成后，在其參數(shù)一定的情況下，比例系數(shù)K為一常數(shù)，因此，電磁轉(zhuǎn)矩的大小主要決定于線圈中電流的大小。

2)當(dāng)磁路未飽和時，作用在銜鐵上的電磁轉(zhuǎn)矩與線圈電流的二次方成正比。

3)不論Ik是正值或負(fù)值，Mem總是正值，即電磁型繼電器是沒有極性的。圖5-1電磁型繼電器的原理結(jié)構(gòu)圖

a)螺線管式b)拍合式c)轉(zhuǎn)動舌片式

1—電磁鐵心2—可動銜鐵3—常開觸點或者常閉觸點4—反作用彈簧5—止擋6—線圈二、電流繼電器1.結(jié)構(gòu)及工作原理圖5-2DL—10型電流繼電器結(jié)構(gòu)圖

1—線圈2—鐵心3—Z形銜鐵

4—軸5—反作用彈簧6—軸承

7—靜觸點8—動觸點9—動作電流調(diào)節(jié)把手

10—標(biāo)度盤11—限制螺桿二、電流繼電器2.動作電流、返回電流、返回系數(shù)

能使繼電器動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流，用Iop．k表示。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)把手，可以調(diào)節(jié)螺旋彈簧的反力，即可調(diào)節(jié)動作電流。能使繼電器返回的最大電流稱為返回電流，用Ire．k表示。因為繼電器動作后，銜鐵與鐵心間的氣隙減小，磁通和電磁轉(zhuǎn)矩增加，故只有比動作電流更小時，彈簧才能克服電磁轉(zhuǎn)矩使銜鐵返回，所以返回電流總是小于動作電流。

二、電流繼電器3.調(diào)整返回系數(shù)的方法

調(diào)整返回系數(shù)的方法有三種：

1)改變舌片的起始角和終止角。

2)不改變舌片的起始角和終止角，而改變舌片兩端的彎曲程度以改變舌片與磁極的距離，也能達(dá)到調(diào)整返回系數(shù)的目的。3)適當(dāng)調(diào)整觸點壓力也能改變返回系數(shù)，但應(yīng)注意觸點壓力不宜過小。二、電流繼電器

4.整定

繼電器的整定，是通過改變調(diào)整把手的位置，來改變螺旋彈簧的反力，從而設(shè)定繼電器的反力矩。當(dāng)繼電器兩線圈串聯(lián)時，繼電器的整定電流與面盤刻度值相當(dāng)，當(dāng)繼電器兩線圈并聯(lián)時，繼電器的整定電流是面盤刻度值的一倍，即將面盤刻度值乘以2。應(yīng)該指出，調(diào)整把手所指示的整定電流值是一個很不精確的值，實際整定電流要通過測量得到。

二、電流繼電器圖5-3DL—32型電流繼電器接線圖

a)內(nèi)部接線圖(正視)

b)與電流互感器連接圖5.有關(guān)技術(shù)參數(shù)二、電流繼電器表5-2DL系列繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)第三節(jié)變壓器氣體和差動保護(hù)

一、變壓器氣體保護(hù)1.氣體繼電器的構(gòu)成和工作原理圖5-11氣體繼電器的安裝示意圖

1—氣體繼電器2—儲油柜氣體繼電器是一種反應(yīng)氣體壓力大小的繼電器，安裝在油箱與儲油柜之間連接管的中部。為了使油箱內(nèi)的氣體能順利通過氣體繼電器而流向儲油柜，在安裝變壓器時，要求其頂蓋與水平面間有1%～1.5%的坡度，使安裝繼電器的連接有2%～4%的坡度，均朝儲油柜方向向上傾斜，如圖5-11所示。

一、變壓器氣體保護(hù)圖5-12QJ1—80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖

1—罩2—頂針3—氣塞4、11—磁鐵5—開口杯6—重錘7—探針8—開口銷9—彈簧

10—擋板12—螺桿13、15—干簧觸點14—調(diào)節(jié)桿16—套管17—排氣口目前國內(nèi)采用的氣體繼電器有擋板式和開口杯擋板式兩種結(jié)構(gòu)。其中QJ1—80型氣體繼電器，用開口杯代替密封浮筒，克服了浮筒滲油的缺點；用干簧觸點代替水銀觸點，提高了抗震性能，是較好的氣體繼電器，圖5-12所示為QJ1—80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖。一、變壓器氣體保護(hù)圖5-13氣體保護(hù)的原理接線圖2.氣體保護(hù)的接線

氣體保護(hù)的原理接線圖如圖5-13所示。氣體繼電器KG的上觸點由開口杯控制，閉合后發(fā)出延時動作信號。二、變壓器差動保護(hù)1.變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)

1)變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)是利用比較變壓器兩側(cè)電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的。3)變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)電流回路的接線特點。

圖5-14Yd11變壓器兩側(cè)CT的接線方式及向量關(guān)系二、變壓器差動保護(hù)2.主變壓器差動保護(hù)主變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的設(shè)備，它的故障將給供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重影響，特別是大型主變壓器更是很貴重的設(shè)備。變壓器內(nèi)部的某些故障如匝間短路、鐵心絕緣損壞等，雖然最初故障電流較小，但對于油浸式變壓器，產(chǎn)生的電弧將引起變壓器內(nèi)部的絕緣油分解，產(chǎn)生可燃性氣體，嚴(yán)重時引起噴油或爆炸。為避免主變壓器事故的擴(kuò)大，要求變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時應(yīng)迅速切斷電，使其退出運行。主變壓器的過電流保護(hù)具有一定時限，動作不夠迅速，變壓器速斷保護(hù)雖動作迅速，但動作電流整定較大，對于輕微的內(nèi)部故障不能反映。而且在變壓器內(nèi)部，靠近二次側(cè)出線處還存在“死區(qū)”（速斷保護(hù)不到的地方）。因此規(guī)定，對于大容量的主變壓器應(yīng)裝設(shè)電流差動保護(hù)。二、變壓器差動保護(hù)(1)電流差動保護(hù)的原理圖5-15和圖5-16分別表示變壓器外部故障和變壓器內(nèi)部故障時的電流分布，其中，、表示變壓器一次側(cè)安裝的電流互感器的一、二次電流，、表示變壓器二次側(cè)安裝的電流互感器一、二次電流。圖5-15變壓器外部故障第四節(jié)幾種常用的繼電保護(hù)

一、限時過電流保護(hù)1.反時限過電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動作時間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動作時間越短；短路電流越小，動作時間越長，這種保護(hù)就叫做反時限過電流保護(hù)。

2.定時限過電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動作時間與短路電流的大小無關(guān)，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這種保護(hù)方式就稱為定時限過電流保護(hù)。

一、限時過電流保護(hù)(1)電流的整定過電流保護(hù)裝置中的電流繼電器動作電流的整定原則，是按照躲過被保護(hù)線路中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來考慮的。1)在正常情況下，出現(xiàn)最大負(fù)荷電流時(電動機(jī)的啟動和自啟動電流以及用戶負(fù)荷的突增和線路中出現(xiàn)的尖峰電流等)不應(yīng)動作。

2)保護(hù)裝置在外部故障切除后應(yīng)能可靠地返回。

一、限時過電流保護(hù)(3)過電流保護(hù)的保護(hù)范圍過電流保護(hù)可以保護(hù)設(shè)備的全部，也可以保護(hù)線路的全長，還可以作為相鄰下一級線路穿越性故障的后備保護(hù)。圖5-18過電流保護(hù)配合

1—電流速斷保護(hù)2—略帶時限的電流速斷保護(hù)3—定時限過電流保護(hù)(2)動作時限的整定原則為使過電流保護(hù)具有一定的選擇性，各相鄰元件的過電流保護(hù)應(yīng)具有不同的動作時間。三、略帶時限的電流速斷保護(hù)

瞬時電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點是動作迅速，但只能保護(hù)線路的首端。而定時限過電流保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長，但動作時限太長。因此，常用略帶時限的電流速斷保護(hù)來消除瞬時電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”，要求略帶時限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)全線路。因此，它的保護(hù)范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。四、三段式過電流保護(hù)裝置

通常在被保護(hù)線路較短時，第一段電流保護(hù)均采用略帶時限的電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)；第二段采用定時限過電流保護(hù)作為后備保護(hù)。采用三段式電流保護(hù)時，任何一段保護(hù)都作用于三相斷路器。

在實際中還常采用三段式電流保護(hù)，就是以瞬時電流速斷保護(hù)作為第一段，以加速切除五、零序電流保護(hù)

電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點運行方式有中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點直接接地三種方式。10kV系統(tǒng)采用的是中性點不接地的運行方式。系統(tǒng)運行正常時，三相是對稱的，三相對地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個超前90°的電容電流流入地中。這三個電容電流數(shù)值相等、相位相差120°，其和為零,中性點電位為零。理論上對于三相對稱系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中任何處的三倍零序電流滿足六、電流增量保護(hù)1.電流增量保護(hù)原理

保護(hù)裝置不斷地連續(xù)檢測饋線電流If及其電流變化率di/dt，并將di/dt與設(shè)定值E和F比較，若di/dt>E，則開始測量電流增量（ΔI）和時間（t）：當(dāng)ΔI>ΔImax設(shè)定值時，則經(jīng)一段時間tΔImax延時后ΔI保護(hù)出口并使開關(guān)跳閘；當(dāng)t>T設(shè)定值，且ΔI>ΔImin設(shè)定值時，則di/dt保護(hù)出口并使開關(guān)跳閘。如果在檢測到ΔImax設(shè)定值或t前，di/dt<F并保持tΔImax時間，則測量值ΔI和t歸零，進(jìn)行重新測量。圖5-19雙邊供電直流饋線保護(hù)分析的等效電路

R—線路等效電阻L—線路等效電感M—動車組異步交流電動機(jī)六、電流增量保護(hù)2.電流增量保護(hù)的整定

(1)E和F的設(shè)定斜率E(單位為kA/s或A/ms)為保護(hù)裝置的起始門限，當(dāng)di/dt>E時，保護(hù)裝置啟動。

(2)ΔImax和tΔImax的設(shè)定ΔImax這一參數(shù)值應(yīng)在機(jī)車運行情況下對系統(tǒng)進(jìn)行全面測試得出，通常建議此參數(shù)可在最大牽引電流和短路電流之間或短路情況下E和F值所對應(yīng)的電流之間選取，但不應(yīng)小于機(jī)車啟動電流。

(3)T和ΔImin的設(shè)定T這一參數(shù)可改變DDL中di/dt保護(hù)的動作檢測值，當(dāng)電流斜率大于斜率E時，開始進(jìn)入DDL保護(hù)分析過程，當(dāng)分析持續(xù)時間t等于T時保護(hù)動作，在此期間電流增量小于等于ΔImax，電流斜率值大于F。

六、電流增量保護(hù)3.保護(hù)的校驗增量保護(hù)的校驗主要考慮以下兩個方面：一是電流增量保護(hù)應(yīng)保護(hù)到線路的末端，因而應(yīng)計算線路末端的短路電流及其變化率，以校驗電流增量保護(hù)的可靠性；二是電流增量保護(hù)還應(yīng)考慮與機(jī)車的配合關(guān)系，并應(yīng)躲過機(jī)車的起動電流和沖擊電流對保護(hù)裝置的影響，以保證電流增量保護(hù)裝置的選擇性。第五節(jié)直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù)方式

主編七、過負(fù)荷保護(hù)直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù)裝置的主要功能是為了防止列車接觸線上的短路和過負(fù)荷現(xiàn)象，保護(hù)算法和定值整定應(yīng)躲過列車線路上的正常操作，如列車加速等所引起的電壓、電流的波動值，這一點與交流保護(hù)裝置有很大的區(qū)別?？偟膩碚f，直流保護(hù)裝置應(yīng)具有以下保護(hù)功能：大電流Imax保護(hù)、電流上升值ΔI保護(hù)、電流變化率di/dt保護(hù)、定時限過電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、電纜溫度保護(hù)等。此外，直流保護(hù)裝置也應(yīng)具有交流微機(jī)保護(hù)測控的很多功能，如電壓電流的測量顯示、事件的存儲、功率能量的測量以及與后臺機(jī)的通信功能等。一、直流速斷保護(hù)圖5-20直流速斷保護(hù)直流速斷保護(hù)即最大電流Imax保護(hù)，類似于交流保護(hù)中的延時速斷電流保護(hù)，保護(hù)原理比較簡單，如圖5-20所示，只要設(shè)置電流動作值Imax和動作延時時間tImax即可，在一般情況下，tImax可設(shè)置為零，它的單位為ms，可以以0.1ms的分辨率進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到快速跳閘的目的。三、電流變化率di/dt保護(hù)圖5-21保護(hù)電流變化率di/dt保護(hù)的原理較為直觀，如圖5-21所示，當(dāng)電流變化率di/dt持續(xù)大于定值，經(jīng)跳閘延時tdi/dt后，保護(hù)將發(fā)跳閘命令。五、欠電壓保護(hù)(直流欠電壓保護(hù))圖5-22欠電壓保護(hù)當(dāng)接觸線的電壓低于某一定值或者高于某一定值，經(jīng)延時后電壓仍未達(dá)到正常值時，保護(hù)裝置要發(fā)出跳閘命令，這就是欠電壓保護(hù)，其保護(hù)原理如圖5-22所示。

當(dāng)某段線路已從另一端受電時，如果整流器電壓與饋線電壓之間的電壓差有引起大電流的危險，則斷路器不能合閘。六、熱過載保護(hù)當(dāng)直流線路處于過載狀態(tài)時，即使沒有任何短路故障發(fā)生，接觸線或進(jìn)線電纜的溫度也會上升，因此可以通過檢測電纜溫度，設(shè)定溫度上限發(fā)跳閘命令來完成此項保護(hù)功能。需要說明的是，由于電纜溫度不是直接從傳感器測得的，而是從電流值、電纜物理參數(shù)以及周圍環(huán)境溫度中計算得到的，因此需要建立適當(dāng)?shù)碾娎|溫度數(shù)學(xué)模型，并設(shè)定正確的系數(shù)如電纜電阻率、電纜溫度常數(shù)以及周圍溫度參數(shù)等才能得到正確的結(jié)果。第六節(jié)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置一、繼電保護(hù)及自動裝置的設(shè)置原則

繼電保護(hù)裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性要求；自動裝置滿足供電安全、可靠、靈活的運行要求。保護(hù)裝置采用微機(jī)型綜合保護(hù)測控一體化單元。二、保護(hù)配置1)35kV環(huán)網(wǎng)電纜設(shè)置光纜縱聯(lián)差動保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)；35kV母聯(lián)開關(guān)設(shè)置過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)。

2)35kV母線設(shè)過電壓、欠電壓保護(hù)。

3)牽引變壓器設(shè)電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、溫度保護(hù)、過載保護(hù)。

4)整流機(jī)組設(shè)置整流器二極管保護(hù)。

5)主變壓器設(shè)置了輕氣體保護(hù)、重氣體保護(hù)、零序保護(hù)、縱差保護(hù)；動力變壓器設(shè)置電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過載保護(hù)、溫度保護(hù)。

6)直流饋線設(shè)置大電流脫扣保護(hù)、雙邊聯(lián)跳保護(hù)、di/dt和ΔI保護(hù)、定時限過電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、熱過載保護(hù)。三、自動裝置的配置1)交流供電分區(qū)間聯(lián)絡(luò)線斷路器設(shè)置自動投入裝置。

2)35kV母聯(lián)開關(guān)設(shè)置自動投入裝置。

3)所間設(shè)置雙邊聯(lián)跳保護(hù)。

4)直流饋線設(shè)置帶有判斷故障性質(zhì)的自動重合閘裝置。

5)交流自用電的兩路電源設(shè)置自動投入裝置。

6)直流自用電的兩路電源設(shè)置自動投入裝置。四、35kV交流系統(tǒng)保護(hù)配置分析軌道交通工程采用集中供電時，中壓系統(tǒng)采用35kV電壓等級供電，環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運行。由于兩相鄰變電所間距較短，最長距離為3.37km，35kV環(huán)網(wǎng)各點的線路阻抗相差不大，致使環(huán)網(wǎng)上不同地點的短路電流值相差也很小。如選擇電流速斷保護(hù)作為35kV環(huán)網(wǎng)的主保護(hù)則不能滿足選擇性要求；如采用距離保護(hù)，因為線路短，距離保護(hù)相對誤差率很大；過電流保護(hù)雖然可通過上下時限的配合滿足保護(hù)的選擇性要求，但勢必延長了故障切除時間，不能滿足保護(hù)的速動性，影響供電可靠性并對供電設(shè)備的絕緣及壽命造成不利影響，故過電流保護(hù)只能作為后備保護(hù)。五、直流系統(tǒng)保護(hù)配置分析1.直流系統(tǒng)保護(hù)配置應(yīng)考慮的主要因素

各種保護(hù)之間的相互配合關(guān)系，保證在直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時能可靠地切除故障；保證列車正常運行時不會誤跳閘而影響列車運行，能夠避免列車起動時起動電流的影響和列車過接觸網(wǎng)分段時沖擊電流的影響；考慮某些特殊故障形式下的保護(hù)，如接觸網(wǎng)與架空地線、電纜支架、屏蔽門的短路等。

2.開關(guān)柜保護(hù)的常見的配置

饋線柜設(shè)置了大電流脫扣保護(hù)、電流上升率di/dt和電流增量ΔI保護(hù)、接觸網(wǎng)熱過載保護(hù)、雙邊聯(lián)跳保護(hù)。此外設(shè)置了具有在線檢測功能的自動重合閘功能。

五、直流系統(tǒng)保護(hù)配置分析3.直流1500V饋線保護(hù)配置直流1500V饋線的保護(hù)配置應(yīng)保證直流供電系統(tǒng)正常及越區(qū)供電情況下接觸網(wǎng)在近端、中部及遠(yuǎn)端發(fā)生短路故障時均能快速跳閘。不同的地鐵牽引供電系統(tǒng)，直流牽引系統(tǒng)的保護(hù)配置可能不同，但保護(hù)的作用是相同的。早期的直流供電系統(tǒng)采用直流750V接觸軌受電，且缺少性能優(yōu)越的保護(hù)裝置，一般僅設(shè)電流速斷和過電流保護(hù)，由于短路電流相對較小，短路電流很難與牽引負(fù)荷電流區(qū)分開來，保護(hù)效果不理想，為此增加了直流雙邊聯(lián)跳保護(hù)。

五、直流系統(tǒng)保護(hù)配置分析(1)大電流脫扣保護(hù)的整定方法大電流脫扣保護(hù)作為牽引變電所的近端保護(hù)，其整定值按直流饋線峰值電流設(shè)定，該值應(yīng)躲過車輛起動電流的最大值。

(2)di/dt和ΔI保護(hù)的整定方法di/dt和ΔI保護(hù)是供電臂的中、遠(yuǎn)端短路的主保護(hù)。

(3)定時限過電流保護(hù)的整定方法定時限過電流保護(hù)是大電流脫扣保護(hù)、di/dt和ΔI保護(hù)的后備保護(hù)。

(4)欠電壓保護(hù)的整定方法欠電壓保護(hù)也是饋線的后備保護(hù)，其整定值應(yīng)低于車輛受電回路欠電壓保護(hù)的整定值，動作時間應(yīng)考慮車輛起動時電壓的下降時間、直流饋線主保護(hù)的跳閘時間。六、接觸網(wǎng)熱過載保護(hù)

接觸網(wǎng)熱過載保護(hù)與接觸網(wǎng)和饋線電纜長期允許溫度、負(fù)載電流、環(huán)境溫度、風(fēng)速、接觸網(wǎng)材料以及使用條件密切相關(guān)。一般正線接觸網(wǎng)采用剛性懸掛，其截面積和耐熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柔性懸掛導(dǎo)線，可不設(shè)熱過載保護(hù)。在柔性懸掛接觸網(wǎng)區(qū)段，當(dāng)接觸網(wǎng)長期通過大負(fù)載電流時，會使接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)熱變軟甚至斷線。一般柔性懸掛接觸網(wǎng)僅限于車輛段及其出入線，負(fù)載電流較小，也可不設(shè)熱過載保護(hù)。考慮到一般直流成套保護(hù)裝置均帶有熱過載保護(hù)功能，取消此功能不會減少設(shè)備的投資，故仍采用熱負(fù)載保護(hù)。七、逆流保護(hù)

正常時整流機(jī)組的電流是由交流側(cè)流向直流側(cè)，逆流是指電流由整流機(jī)組的直流側(cè)流向交流側(cè)。當(dāng)整流機(jī)組具有逆變功能時，車輛的再生制動能量可以反送給系統(tǒng)，但由于普通的整流器逆變反送給系統(tǒng)的再生制動電能含有較大的諧波成分，電力系統(tǒng)不允許，因此目前國內(nèi)城市軌道交通所使用的整流器都不具備逆變功能。目前整流機(jī)組的逆流保護(hù)并不是真正意義上的逆流保護(hù)，它僅能保護(hù)整流器出線至進(jìn)線開關(guān)間的短路，其保護(hù)范圍被其他保護(hù)所覆蓋，國內(nèi)有些城市的地鐵并未設(shè)置逆流保護(hù)。若進(jìn)線開關(guān)采用電動隔離開關(guān)則不設(shè)逆流保護(hù)，若進(jìn)線開關(guān)采用快速斷路器則應(yīng)設(shè)逆流保護(hù)。八、雙邊聯(lián)跳保護(hù)圖5-24雙邊聯(lián)跳工作原理示意圖對于采用雙邊供電的接觸網(wǎng)，直流雙邊聯(lián)跳保護(hù)是廣泛使用的一種保護(hù)手段。當(dāng)采用雙邊供電時，一個供電區(qū)內(nèi)的接觸網(wǎng)由兩個變電所向動車組提供電源，當(dāng)其中一個所的直流饋線斷路器因為某些保護(hù)跳閘的同時，還會發(fā)出聯(lián)跳指令，使為同一個供電區(qū)供電的直流饋線斷路器都跳閘。圖5-24所示為雙邊聯(lián)跳工作原理示意圖。九、直流過電流保護(hù)直流過電流保護(hù)的動作時間較長，即有足夠的時延，動作值小于大電流脫扣保護(hù)的整定值。當(dāng)發(fā)生故障，而其故障電流并沒有達(dá)到大電流脫扣保護(hù)的動作值時，此時大電流脫扣保護(hù)不動作。如果其他保護(hù)也沒有可靠動作，那么，當(dāng)整定時延到達(dá)時，直流斷路器就會發(fā)生跳閘。第七節(jié)微機(jī)保護(hù)

一、微機(jī)繼電保護(hù)的基本原理

微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)是由計算機(jī)及配置的支持和外圍部件所構(gòu)成的一個實時控制系統(tǒng)。計算機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著分析電力系統(tǒng)中有關(guān)電量及其變化，判定電力系統(tǒng)中是否發(fā)生了短路故障的任務(wù)。也就是說，微機(jī)保護(hù)是指將計算機(jī)、微控制器等器件作為核心部件構(gòu)成的繼電保護(hù)。

微機(jī)繼電保護(hù)裝置與傳統(tǒng)式繼電保護(hù)裝置的區(qū)別主要在比較環(huán)節(jié)上。前者是對數(shù)值進(jìn)行運算和比較來判定短路故障，一般通過軟件來實現(xiàn)；而后者是通過某種物理量(如力、力矩等)之間大小的比較來判定短路故障，主要靠硬件具體設(shè)備完成。因此，前者的可靠性更高，而后者對設(shè)備依賴性更高。二、微機(jī)繼電保護(hù)的特點1)可實現(xiàn)多種功能。

2)可獲得多種保護(hù)特性，且容易獲得較復(fù)雜的保護(hù)特性。

3)微機(jī)保護(hù)裝置的性能參數(shù)更穩(wěn)定，運行中的整定調(diào)試工作量更少。

4)微機(jī)繼電保護(hù)裝置有較高的可靠性。

5)具有自診斷功能。

6)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的弱點：微機(jī)繼電保護(hù)裝置受環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾等的影響較大，對使用者的操作和維護(hù)技術(shù)要求較高。三、微機(jī)保護(hù)裝置的功能1.繼電保護(hù)功能

該功能的實現(xiàn)是將被保護(hù)設(shè)備的運行量電流和電壓經(jīng)輸入信號處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)字濾波、執(zhí)行保護(hù)算法并經(jīng)比較判斷后，以決定是否提供跳閘命令和動作信號。所有保護(hù)元件的動作特性、數(shù)字濾波、保護(hù)運算等均由軟件實現(xiàn)。

2.故障量的自動打印記錄功能

微機(jī)保護(hù)裝置除能提供跳閘命令和動作信號外，還能將故障參數(shù)及保護(hù)的動作情況（如短路故障發(fā)生的時間，何種保護(hù)元件動作，故障線路的編號，故障時的電流、電壓值及短路電抗或故障點距離）由打印機(jī)記錄下來，供故障分析處理用。

三、微機(jī)保護(hù)裝置的功能3.裝置的自檢自糾功能微機(jī)成套保護(hù)裝置是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)，為了防止裝置拒動和誤動的發(fā)生，應(yīng)能對裝置硬件的完好性進(jìn)行檢測。裝置的自檢自糾功能一般由硬件與軟件配合實現(xiàn)，能在裝置運行中檢測出裝置內(nèi)部器件，如CPU、存儲器、A?D、打印機(jī)接口等是否有故障。若檢測到故障，首先閉鎖保護(hù)出口，并經(jīng)自檢自糾電路給出報警信號，并由打印機(jī)打印自檢結(jié)果。

4.人機(jī)對話功能

通過裝置配置的鍵盤和顯示器可實現(xiàn)人機(jī)對話功能。用鍵盤數(shù)字鍵和功能鍵的操作，可實現(xiàn)運行量的實時顯示、整定值的輸入、顯示、修改及打印等。四、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖5-25微機(jī)保護(hù)框圖微機(jī)保護(hù)裝置作為一套實時監(jiān)控系統(tǒng)，一般由下述插件構(gòu)成：CPU插件、人機(jī)對話輔助插件、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)插件、開關(guān)量(數(shù)字)輸入輸出系統(tǒng)插件、電源插件等。

微機(jī)保護(hù)框圖如圖5-25所示。四、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)1.CPU插件CPU板插件是微機(jī)保護(hù)裝置的核心部分，由它通過各種功能軟件控制整套硬件系統(tǒng)的工作。CPU板由單片機(jī)、程序存儲器EPROM、定值及常數(shù)存儲器EEPROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM、硬件自檢自糾電路、開關(guān)量輸入輸出并行I/O接口及打印機(jī)、鍵盤、顯示器接口等芯片構(gòu)成。

(1)單片機(jī)在構(gòu)成微機(jī)保護(hù)裝置時，應(yīng)根據(jù)處理速度和能力來選擇機(jī)型，如程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器的存儲空間，I/O接口的數(shù)量，指令系統(tǒng)的功能。

(2)程序存儲器不同的單片機(jī)在程序存儲器的設(shè)計上不盡相同。

(3)定值存儲器目前，定值存儲器常采用EEPROM型電可擦可編程只讀存儲器。(4)數(shù)據(jù)存儲器單片機(jī)內(nèi)一般設(shè)有一定存儲容量的數(shù)據(jù)存儲RAM。四、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

2.開關(guān)量輸入、輸出插件

在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，為了實現(xiàn)對開關(guān)（斷路器、隔離開關(guān)等）的正確控制（正常的分合閘操作和保護(hù)跳閘），需要將各開關(guān)的位置狀態(tài)送入CPU。開關(guān)量輸入接口的作用是暫存各開關(guān)的位置狀態(tài)以便隨時提供給CPU，并通過該接口實現(xiàn)CPU與開關(guān)設(shè)備間的隔離。

1)開關(guān)量輸入接口一般采用可編程并行接口芯片，如8255芯片。

2)數(shù)字量(開關(guān)量)輸出接口屬于開關(guān)量輸出部件，如分、合閘操作繼電器、信號繼電器等用于開關(guān)的分合閘操作及其信號。

四、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)3.人機(jī)對話輔助插件鍵盤和顯示器用于實現(xiàn)人機(jī)對話功能。鍵盤是由若干個按鍵（數(shù)字鍵及功能鍵）組成的開關(guān)矩陣。在微機(jī)保護(hù)裝置中，常采用由軟件識別按鍵閉合的非編碼鍵盤。非編碼鍵盤只提供行和列的矩陣，其工作會靠軟件安排。

4.CPU與外圍器件的接口

在微機(jī)保護(hù)裝置中，CPU的外圍器件包括RAM（外部）、整定值存儲器EEPROM、鍵盤及顯示器、開關(guān)量（數(shù)字量）輸入輸出部件、A?D轉(zhuǎn)換器等。

5.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)插件

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包括三種插件，即模擬輸入變換插件、模擬低通濾波插件、采樣及A?D轉(zhuǎn)換插件。四、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)(1)模擬輸入變換插件模擬輸入變換插件也稱為交流量輸入插件，其主要任務(wù)是將電流、電壓互感器送來的5A、100V信號轉(zhuǎn)換成適合A-D轉(zhuǎn)換器的電壓量，并擔(dān)負(fù)著將弱電系統(tǒng)同強(qiáng)電系統(tǒng)隔離的任務(wù)。

(2)模擬低通濾波插件(LPF)在牽引供電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置中，一般采用無源低通濾波電路。

(3)采樣及A-D轉(zhuǎn)換插件該插件完成將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的任務(wù)，它是在CPU及其軟件和外圍雙穩(wěn)觸發(fā)電路的共同控制下，以一定的采樣頻率將各通道的模擬量逐一轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并存入數(shù)據(jù)存儲器中。

6.電源插件主要為各器件提供滿足要求的高精度的電源，一般是直流電源，可以有多路輸出。五、主要回路簡介1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集是保護(hù)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波、采樣/保持、多路轉(zhuǎn)換、以及A?D轉(zhuǎn)換等功能模塊，能將輸入模擬量準(zhǔn)確地變換成所需數(shù)字量。

(1)電壓形成回路微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器或其他交換器上取得信息。

(2)多路轉(zhuǎn)換一個多路選一的開關(guān)設(shè)備。

(3)A-D轉(zhuǎn)換它可以將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

五、主要回路簡介2.開關(guān)量輸入系統(tǒng)開關(guān)量輸入系統(tǒng)一般可以分為以下兩大類：一是安裝在裝置面板上的觸頭，如鍵盤觸頭和轉(zhuǎn)換開關(guān)等；二是從裝置外部經(jīng)過端子排引入的觸頭，如繼電器的觸頭以及開關(guān)設(shè)備的輔助觸頭。對于第二類，一般要加光電隔離裝置，防止不同系統(tǒng)之間的電能損壞器件。一般可以采用并行接口對一排同一性能的開關(guān)狀態(tài)，一次讀入到特定的單元，然后再進(jìn)行處理。圖5-26開關(guān)量輸入系統(tǒng)

a)光耦合式b)繼電器耦合式五、主要回路簡介3.開關(guān)量輸出系統(tǒng)圖5-27開關(guān)量輸出系統(tǒng)框圖五、主要回路簡介圖5-28采用ULN2003輸出系統(tǒng)五、主要回路簡介圖5-29光電隔離式和繼電器耦合式驅(qū)動控制電路

a)光電隔離式b)光電隔離與中間繼電器式六、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)設(shè)計圖5-30網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)框圖第八節(jié)綜合自動化系統(tǒng)

一、綜合自動化概述圖5-31微機(jī)變電站綜合自動化系統(tǒng)構(gòu)成框圖一、綜合自動化概述1)由于采用信息傳輸?shù)姆謺r制，有效地利用通信聯(lián)系在各功能模塊間以及各功能模塊與監(jiān)控主機(jī)之間傳送監(jiān)控、保護(hù)公用數(shù)據(jù)信息和控制命令是經(jīng)濟(jì)、合理的，可增強(qiáng)系統(tǒng)的整體功能。

2)除特殊的電能測量精度、諧波測量精度與實時錄波器對帶寬要求比微機(jī)保護(hù)要求高，需另考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外，多數(shù)情況下，保護(hù)功能模塊的輸入、輸出通道，完全能滿足監(jiān)控功能的需要。

3)為保證保護(hù)動作的可靠性，跳、合閘執(zhí)行繼電器應(yīng)對保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)分別設(shè)置，以免由于頻繁操作而影響保護(hù)的正確動作。

4)綜合利用全系統(tǒng)的硬件冗余和通信手段，使控制、保護(hù)功能的配置靈活性增大，并增強(qiáng)了后備功能(例如不同設(shè)備保護(hù)的互為后備)。二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求1.保護(hù)功能

保護(hù)功能是綜合自動化系統(tǒng)的基本功能，也是其主要功能。為了保證牽引供電系統(tǒng)的正常運行，一般設(shè)置了以下保護(hù)：

1)反應(yīng)電流上升率di/dt和電流增量DI的保護(hù)，主要用于饋線和接觸線的保護(hù)，防止線路故障造成大面積的停電，甚至設(shè)備的損壞。

2)直流雙邊聯(lián)跳保護(hù),其功能是通過聯(lián)跳電纜及兩側(cè)直流開關(guān)柜中配置的聯(lián)跳繼電器來實現(xiàn)的。

3)牽引供電系統(tǒng)變電所直流饋線還配備反應(yīng)熱效應(yīng)的接觸網(wǎng)過載保護(hù)。

4)同時配置定時限過電流保護(hù)作為輔助后備保護(hù)。

5)對于雙邊聯(lián)跳和框架保護(hù)聯(lián)跳，應(yīng)能提供獨立輸出接點，可驅(qū)動直流110V聯(lián)跳繼電器。二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求2.信息采集功能

綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)具有信息采集功能。信息包括電量信息和非電量信息。電量信息又包括連續(xù)變化的模擬量信息和位置開關(guān)信息。非電量信息包括溫度、壓力、聲音、氣味等。這些信息對于正常了解系統(tǒng)的狀況非常重要，因此必須集中采集，及時上報。一是采集斷路器和手車的位置信號、開關(guān)柜內(nèi)的所有事故、報警信號；二是采集電流、電壓、功率因數(shù)、有功、無功等模擬量信號。

二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求3.控制功能通過采集的信息，了解了系統(tǒng)的狀況，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的干預(yù)和管理，選擇最佳的運行模式。這種控制功能可通過系統(tǒng)的自動化設(shè)備來實現(xiàn)，在保護(hù)的指令下或者在上級調(diào)度命令的指示下，由自動化設(shè)備根據(jù)命令完成操作控制任務(wù)。因此綜合自動化系統(tǒng)必須具有控制功能。變電所的控制功能一般包括以下幾項：一是通過保護(hù)裝置可在當(dāng)?shù)鼗蛘哌h(yuǎn)方對斷路器進(jìn)行控制，當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)帶鎖，可以互相轉(zhuǎn)換，也可以對一些模擬量進(jìn)行遠(yuǎn)方或者當(dāng)?shù)氐恼{(diào)整；二是保護(hù)裝置具有可編程的光隔離數(shù)字量輸入、繼電器輸出，數(shù)字量輸入回路不少于20路，數(shù)字量輸出回路不少于16路，通過繼電器輸出回路可以實現(xiàn)控制的完成；三是不經(jīng)線路測試，“直接合閘”功能。

二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求4.自動裝置功能綜合自動化系統(tǒng)具有通過線路測試回路，判別故障性質(zhì)的自動重合閘功能。正常操作斷路器合閘時，應(yīng)能對線路進(jìn)行多次測試，通過電流和電壓的測量，計算線路殘余電阻（具體在設(shè)計聯(lián)絡(luò)中確定）。線路正常時允許合閘,如線路存在持續(xù)性故障,可閉鎖合閘。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，斷路器分閘，啟動線路測試，并根據(jù)測試結(jié)果判別故障性質(zhì)，如故障是瞬時性的，自動重合閘將使斷路器重新合閘；如故障是永久性的，直流斷路器不進(jìn)行重合閘?？蚣鼙Ｗo(hù)不啟動線路測試及重合閘。測試次數(shù)、測試時間及門限值可調(diào)。

二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求5.測量功能

對系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行采集，測量值可在開關(guān)柜當(dāng)?shù)仫@示并同時通過變電所監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)方控制指揮中心。6.顯示功能

顯示功能既可以當(dāng)?shù)仫@示，對于某些重要的信息也可以傳到遠(yuǎn)方調(diào)度中心顯示。

7.當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方的通信功能

裝置應(yīng)具有與當(dāng)?shù)豍C和所內(nèi)綜合自動化通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的兩個獨立的標(biāo)準(zhǔn)通信接口，實現(xiàn)對保護(hù)的編程、調(diào)試、整定、就地訪問和采集的開關(guān)位置、事故、預(yù)告信息、運行參數(shù)的上傳以及遠(yuǎn)方控制指揮中心對供電設(shè)備的監(jiān)視控制等遠(yuǎn)動功能。

二、綜合自動化系統(tǒng)功能要求8.事件記錄功能

記錄的事件應(yīng)包括多種狀態(tài)發(fā)生變化的事件，所有事件可從面板顯示器或通信口當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方調(diào)出查看。像在投標(biāo)文件中應(yīng)說明其裝置可記錄的事件種類以及能儲存的最新事件數(shù)量。9.故障錄波功能

故障錄波應(yīng)可記錄電流、電壓等模擬量信號和斷路器位置等狀態(tài)量信號，錄波數(shù)據(jù)可以波形方式輸出。故障錄波的起動方式可由用戶設(shè)定，故障前后記錄的周波數(shù)可調(diào)。三、測量與計量配置

牽引降壓混合變電所和降壓變電所的電氣測量與計量項目的設(shè)置應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，所有測量與計量均在開關(guān)柜當(dāng)?shù)仫@示并通過電力監(jiān)控系統(tǒng)送往控制中心電調(diào)臺。

一般35kV進(jìn)、出線及聯(lián)絡(luò)線設(shè)置電流測量設(shè)備；35kV母線設(shè)置電流測量和電壓測量設(shè)備；35/0.4kV變壓器設(shè)置電流測量、有功功率、有功電能和功率因數(shù)測量設(shè)備；整流機(jī)組交流側(cè)設(shè)置電流測量、有功功率、有功電能測量設(shè)備；整流機(jī)組直流側(cè)設(shè)置電流測量、電壓測量設(shè)備；直流1500V母線設(shè)置電壓測量設(shè)備；直流1500V饋線設(shè)置電流測量設(shè)備；回流線設(shè)置電流測量設(shè)備。四、供電系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置設(shè)置方案1)110kV線路：設(shè)置了縱聯(lián)差動保護(hù)和過電流保護(hù)。

2)110/35kV主變壓器：設(shè)置了氣體保護(hù)、差動保護(hù)、過載保護(hù)、溫度保護(hù)、電壓閉鎖過電流保護(hù)和壓力保護(hù)。

3)110/35kV主變壓器35kV側(cè)：設(shè)置了零序電流保護(hù)和過電流保護(hù)。

4)35kV母聯(lián)：設(shè)置了限時速斷保護(hù)、過電流保護(hù)。

5)主變電所35kV饋線線路：設(shè)置了導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護(hù)、過電流保護(hù)和零序電流保護(hù)。

6)牽引降壓變電所35kV進(jìn)出線：設(shè)置了導(dǎo)引線縱聯(lián)差動保護(hù)、過電流保護(hù)和零序電流保護(hù)。

7)牽引、降壓變電所母聯(lián)：設(shè)置了限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。四、供電系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置設(shè)置方案8)整流機(jī)組：設(shè)置了電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過載保護(hù)、零序電流保護(hù)、牽引變壓器溫度等常規(guī)的變壓器保護(hù)和整流器二極管保護(hù)。

9)直流饋線：設(shè)置了大電流脫扣保護(hù)、電流速斷保護(hù)、di/dt和ΔI保護(hù)、接觸網(wǎng)熱過載保護(hù)、直流雙邊聯(lián)跳保護(hù)。

10)牽引變電所直流開關(guān)柜設(shè)置了框架泄漏保護(hù)。

11)城市軌道交通供電系統(tǒng)一般設(shè)置以下自動設(shè)備：110kV主變電所35kV母聯(lián)設(shè)置自動投入裝置，牽引降壓變電所35kV母聯(lián)開關(guān)設(shè)置自動投入裝置，直流1500V饋線設(shè)置帶有能判斷故障性質(zhì)的自動重合閘裝置，0.4kV母聯(lián)開關(guān)設(shè)置自動投入裝置，直流電源設(shè)備的兩路電源間具有自動投入功能，交流自用電的兩路電源間也具有自動投入功能。五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)1.無人值班變電所電氣設(shè)計

1)在滿足供電要求的情況下，簡化接線，以提高供電的可靠性，方便遠(yuǎn)方監(jiān)控。

2)交流自用電系統(tǒng)母線采用單母線分段接線，重要所用電回路由不同的母線段以雙回路供電。

3)自用電直流母線采用分段單母線，蓄電池能夠切換至任一母線段。

4)直流電源具有自動調(diào)節(jié)功能，充電裝置采用智能化電源裝置，充電、浮充電合用一套整流裝置。

5)蓄電池組的容量滿足全所事故停電2h的放電容量，并在放電末期滿足最大沖擊負(fù)荷的要求。五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)6)所內(nèi)控制方式作為遠(yuǎn)方遙控的備用控制手段，控制電路應(yīng)為強(qiáng)電直接控制電路，遠(yuǎn)方和當(dāng)?shù)乜刂圃O(shè)操作切換閉鎖。

7)斷路器控制回路的監(jiān)視信號發(fā)往電調(diào)臺。

8)配電裝置裝設(shè)防止電氣誤操作的機(jī)械閉鎖裝置。

9)主所主變壓器有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)、并聯(lián)電容器組投切、蓄電池充放電采用自動控制，有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)、并聯(lián)電容器組投切還能夠由電調(diào)臺控制。

10)事故照明總開關(guān)裝在變電所入口處的內(nèi)側(cè)，由人工開啟，事故照明能夠維持1h。

11)繼電保護(hù)裝置應(yīng)具有遠(yuǎn)方復(fù)歸功能。

12)變電所的其他設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)2.無人值班變電所建筑及其配套設(shè)施的設(shè)計1)變電所具有安全防盜的設(shè)計措施。

2)配電裝置室滿足設(shè)備布置及巡視、維護(hù)的要求。

3)在滿足設(shè)備溫度要求的情況下，適當(dāng)放寬對室內(nèi)溫度的要求。

4)通風(fēng)和報警設(shè)施符合GB50229—2006、DL/T5035—2004、DL5053—1996的要求。

五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)3.無人值班變電所的電氣設(shè)備

要實現(xiàn)變電所無人值班，必須有可靠的一、二次設(shè)備。電氣設(shè)備選用干式、無油、可靠性高、免維護(hù)或少維護(hù)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1)變壓器采用干式變壓器，防火性能好。

2)35kV開關(guān)采用SF6成套柜，防火性能最佳。

3)直流柜采用中外合資企業(yè)產(chǎn)品或進(jìn)口產(chǎn)品，可靠性高，維修量小。4)直流電源屏采用具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度高，體積小、重量輕、效率高、輸出紋波及諧波失真小、監(jiān)控系統(tǒng)較完善、自動化程度高的高頻開關(guān)電源；蓄電池采用閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池。

五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)4.電力監(jiān)控和變電所綜合自動化系統(tǒng)的功能要求

(1)信息傳遞功能信息傳遞的途徑有兩種：一是變電所綜合自動化系統(tǒng)與控制中心主控系統(tǒng)間的信息傳遞；二是調(diào)度與檢修人員間電話聯(lián)系。

(2)無人值班變電所抗干擾性能無人值班變電所的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)的無故障運行受到來自兩方面的干擾，一是設(shè)備元器件的損壞，二是內(nèi)外界干擾引起的功能差錯。(3)視頻監(jiān)控和在線監(jiān)測所謂視頻監(jiān)控，就是為加強(qiáng)對無人值班方式下變電所的監(jiān)視，全線設(shè)一套安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于對變電所設(shè)備的運行狀況和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視。

五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)5.無人值班變電所的運行管理

無人值班變電所必須建立一套行之有效的運行管理制度，并以此來規(guī)約與變電所運行相關(guān)的部門，建立無人值班變電所的正常巡視、維護(hù)、倒閘操作及事故處理等運行管理機(jī)制。

1)無人值班變電所設(shè)備的管理者是供電車間，供電車間變電所巡檢組必須確保一、二次設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)，定期巡視的內(nèi)容除變電所一、二次設(shè)備外，還包括所內(nèi)自動化設(shè)備。

2)無人值班變電所的消防、保衛(wèi)工作，由無人值班變電所保衛(wèi)人員負(fù)責(zé)或由車站值班人員負(fù)責(zé)。五、與遠(yuǎn)動系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)(電力監(jiān)控系統(tǒng))的一體化綜合系統(tǒng)3)無人值班變電所發(fā)生事故時，調(diào)度員根據(jù)遠(yuǎn)動信息判斷，對可遙控操作的開關(guān)進(jìn)行操作，隔離故障點，盡快恢復(fù)供電，同時通知供電車間人員到現(xiàn)場處理。

4)供電車間的檢修、搶修人員在變電所作業(yè)時服從電調(diào)臺當(dāng)值調(diào)度員指揮。

5)供電車間人員在變電所作業(yè)時接受電力調(diào)度員的操作命令，擔(dān)任操作及監(jiān)護(hù)人，發(fā)生事故時負(fù)責(zé)組織與指揮變電所的事故處理，對變電所自行管轄設(shè)備的操作發(fā)布操作命令，以及擔(dān)任工作許可人。

6)發(fā)生遠(yuǎn)動信息中斷時，當(dāng)值調(diào)度員應(yīng)立即通知供電車間派人員到現(xiàn)場，并將無人值班變電所轉(zhuǎn)換為就地控制，由供電車間人員臨時值班運行，同時通知自動化車間派人協(xié)助處理。第九節(jié)鋼軌電位限制裝置

一、鋼軌對地電位升高的主要因素1.正常運行引起的電位異常

正常運行狀態(tài)下，供電區(qū)段內(nèi)列車運行時，鋼軌中流過牽引負(fù)荷電流，造成鋼軌對地電位的升高(正值或負(fù)值)。鋼軌對地電位的大小，主要與線路上機(jī)車的數(shù)量、負(fù)荷電流、牽引所間距、鋼軌對地間的過渡電阻等因素相關(guān)。

2.故障引起的電位異常

當(dāng)發(fā)生以下故障時，引起鋼軌對地電位的陡升。

1)接觸網(wǎng)與鋼軌發(fā)生短接。

2)接觸網(wǎng)對架空地線(地)發(fā)生短路故障。

3)直流設(shè)備發(fā)生柜架泄漏故障。

4)牽引變電所整流變壓器二次側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路。二、鋼軌電位限制裝置1.鋼軌電位限制裝置的動作特性

鋼軌電位限制裝置（ＯＶＰＤ）安裝在各個車站及停車場內(nèi)，監(jiān)測鋼軌與地之間的電壓。如果該電壓超過整定值，鋼軌電位限制裝置將動作，將鋼軌與地短接。同時，監(jiān)測流過鋼軌電位限制裝置中(鋼軌與地之間)的電流。當(dāng)該電流低于整定值時，鋼軌電位限制裝置將自動復(fù)位，斷開鋼軌與地的連接，為下次動作做好準(zhǔn)備。表5-4人體耐受電壓-時間特性標(biāo)準(zhǔn)二、鋼軌電位限制裝置2.裝置構(gòu)成

鋼軌電位限制裝置（ＯＶＰＤ）主要有兩種類型:接觸器型和晶閘管接觸器組合型。3.工作狀況

在正常運行狀態(tài)下，鋼軌電位限制裝置的直流接觸器觸點是斷開的，晶閘管也處于不導(dǎo)通狀態(tài)。

1)第一級，電壓檢測數(shù)值大于90V，延時短接。

2)第二級，電壓檢測數(shù)值大于150V，無延時短接。

3)第三級，電壓檢測數(shù)值大于600V，報警。三、鋼軌電位限制裝置的幾個主要技術(shù)問題1)鋼軌電位限制裝置承受的最大短路電流。

2)鋼軌電位限制裝置晶閘管承受的時間。

3)當(dāng)發(fā)生框架泄漏故障或接觸網(wǎng)與架空地線短路故障時，整個線路鋼軌(負(fù)極)與地電位差將發(fā)生陡升，引起其他牽引所的框架保護(hù)電壓元件的誤動，可能擴(kuò)大事故范圍。

第十節(jié)框架泄漏保護(hù)

一、框架泄漏保護(hù)說明1)直流設(shè)備周圍的地面必須絕緣，而且要留有足夠的面積，以免人觸及設(shè)備外殼時發(fā)生電擊；

2)直流設(shè)備上的操作把手等必須絕緣安裝；

3)220V交流電源必須采用隔離變壓器與系統(tǒng)隔離。圖5-32低阻抗框架泄漏保護(hù)裝置二、框架泄漏保護(hù)原理圖5-33框架泄漏保護(hù)原理圖框架泄漏保護(hù)原理圖如圖5-33所示。低阻抗框架泄漏保護(hù)是專為直流設(shè)備配備的正極與外殼發(fā)生故障時的一種保護(hù)措施，其保護(hù)原理是當(dāng)正極對外殼發(fā)生絕緣損壞時，快速切除故障，保證系統(tǒng)的安全運行。三、框架泄漏保護(hù)和鋼軌電位限制裝置的關(guān)系

在設(shè)置了鋼軌電位限制裝置后，框架泄漏保護(hù)的電壓元件與鋼軌電位限制裝置是并聯(lián)的關(guān)系，在鋼軌電位限制裝置動作后，電壓元件即被短接而不起作用；此外在接地網(wǎng)與負(fù)極間的排流二極管投入的情況下，電壓元件也被旁路而不起作用。框架泄漏保護(hù)的電壓元件也不能取代鋼軌電位限制裝置，因為框架泄漏保護(hù)的電壓元件動作于跳閘，而鋼軌電位限制裝置只是短接鋼軌和接地網(wǎng)，不會中斷行車。第十一節(jié)雜散電流的監(jiān)測與防護(hù)

一、雜散電流的形成圖5-36地下雜散電流和電位

a)直流牽引地下雜散電流示意圖b)走行軌對大地電位分布圖c)地下金屬體對大地電位分布圖直流牽引供電系統(tǒng)在理想的狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電動列車和回流軌(走行軌)返回牽引變電所的負(fù)極。但鋼軌與隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼之間的絕緣電阻不是無限大，這樣勢必造成流經(jīng)牽引軌的牽引電流不能全部經(jīng)由鋼軌流回牽引變電所的負(fù)極，有一部分的牽引電流會泄漏到隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼上，然后經(jīng)過結(jié)構(gòu)鋼和大地流二、雜散電流的影響和危害1)若地下雜散電流流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設(shè)備無法正常工作。

2)若鋼軌(走行軌)局部或整體對地的絕緣變差，則此鋼軌(走行軌)對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，這時有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動作。

3)對城市軌道隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋以及附近的金屬管線(如電纜、金屬管件等)造成電腐蝕。三、雜散電流腐蝕防護(hù)的原則和防護(hù)措施1)確保牽引回流系統(tǒng)的暢通，使?fàn)恳娏魍ㄟ^回流系統(tǒng)流回牽引變電所，從根本上減少雜散電流的產(chǎn)生。

2)為保護(hù)整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋不受雜散電流腐蝕及減少雜散電流擴(kuò)散，可利用整體道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，建立主要的雜散電流收集網(wǎng)，收集由鋼軌泄漏出來的雜散電流，在陰極區(qū)經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。

3)對于需設(shè)置浮動道床的區(qū)段，浮動道床內(nèi)的縱向鋼筋也應(yīng)設(shè)置電氣連接，并和整體道床內(nèi)的雜散電流收集網(wǎng)電氣連接，使隧道內(nèi)所有的道床收集網(wǎng)鋼筋在電氣上連為一體。

城市軌道中雜散電流的腐蝕防護(hù)應(yīng)遵循以下基本原則：一是治本為主，將城市軌道雜散電流減小至最低限度；二是采取措施限制雜散電流向軌道外部擴(kuò)散；三是附近的地中金屬管線結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取有效的防蝕措施。三、雜散電流腐蝕防護(hù)的原則和防護(hù)措施4)在條件允許的情況下，盡可