許立國

【摘 要】在我國，地鐵是城市公共交通發(fā)展的主要方向，也是緩解現(xiàn)有城市交通壓力的主要方法和手段。在目前的地鐵工作中，設(shè)備國產(chǎn)化和電力穩(wěn)定化已成為追求的重點，也是地鐵行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵原則。本文就以直流1500V雙邊供電牽引變壓站為例，詳細的闡述了地鐵直流牽引變電所工作保護原理，以供相關(guān)工作人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】地鐵；牽引變電站；保護；直流

地鐵在目前已成為環(huán)節(jié)城市交通壓力的關(guān)鍵，已成為公共交通事業(yè)中的重要組成部分。在目前的社會發(fā)展中，地鐵也被稱之為地下鐵道，是一種地下運行的城市交通系統(tǒng)和捷運系統(tǒng)。一般來說，地鐵在運行中離不開變電站的配合與協(xié)助，變電站工作效率的高低直接關(guān)系著地鐵運行安全與穩(wěn)定性。這就需要我們在工作中對地鐵變電所進行深入系統(tǒng)的研究與總結(jié)，對其容易產(chǎn)生的種種缺陷與質(zhì)量問題深入探討與研究，從而避免由于變電所運行故障而造成的地鐵運營影響。

1.牽引變電所概述

牽引變電所是電力牽引的專用變電所。一般來說，這種變電所主要是針對鐵路系統(tǒng)和地鐵系統(tǒng)設(shè)置的，是通過牽引變電所將區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)傳輸過來的電力，根據(jù)電力牽引以及變電站的不同電壓要求轉(zhuǎn)變成為適用于電力牽引的電能。然后在根據(jù)相關(guān)需要分別輸送至沿線鐵路的架空線路上，從而架設(shè)一定的接觸網(wǎng)。一般來說，牽引變電所在我們的生活中很少見到，但是它在交通運輸行業(yè)中卻較為常見，且是為車輛運行提供充足能源的關(guān)鍵。一般來說，在目前的地鐵運輸系統(tǒng)中，電氣化鐵路沿線存在著諸多的牽引變電所，其相鄰間距不能夠超過50km。在長的電氣化鐵路系統(tǒng)中，為了將高壓輸電線路電能能夠形成一套系統(tǒng)化的管理模式和管理方式，一般都是在200～250km的范圍之內(nèi)設(shè)置相關(guān)的變電所，它在工作中除了需要具備一般變壓器所擁有的電能轉(zhuǎn)換之外，還需要將高壓電網(wǎng)傳輸過來的電能通過相關(guān)的輸電線路轉(zhuǎn)化為普通電能輸送給中間變電所，從而進行有效的傳遞。

2.牽引變電所結(jié)構(gòu)組成

牽引變電所是目前地鐵運輸領(lǐng)域中最為重要的電力系統(tǒng)之一，其在應(yīng)用中是以單機容量為10000KV為主的降壓變壓器組成的，這種變壓器結(jié)構(gòu)模式也被我們在工作中常常稱之為牽引變壓器或者主變壓器。在目前的變壓器系統(tǒng)中直流錢銀變壓器最為常見，也是出降壓變壓站之外最為常見的一種，在現(xiàn)代化社會發(fā)展中，我們除了針對交流電變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體整體變壓器控制之外，還需要針對其中的開斷現(xiàn)象以及電力電路之中存在的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行控制，從而實現(xiàn)控制工作中的自動化、遠程控制和保護功能及要求。這種變電器和控制系統(tǒng)也是地鐵變電站工作中的核心工作內(nèi)容，更是一套系統(tǒng)全面的管理控制流程和工作理念。

3.直流牽引變電所保護原理

在目前我國的地鐵行業(yè)發(fā)展中，我們常見的地鐵直流保護設(shè)備均是國外生產(chǎn)的，而本國的產(chǎn)品應(yīng)用較少。在目前的社會發(fā)展中，我們國家的地鐵輔助產(chǎn)品的應(yīng)用仍然還存在著一定的不足和缺陷，直流保護設(shè)備的原理并不是十分復(fù)雜的，而是在功能上實現(xiàn)了全面優(yōu)化和系統(tǒng)控制的一種綜合性結(jié)構(gòu)模式。直流牽引變電所在工作中通常都具備著以下幾個方面和環(huán)節(jié)。

3.1一次系統(tǒng)

直流牽引變電所在工作的過程中是一個典型的電氣為主的變電站模式，這種變電所在工作的過程中是交流高壓電從整流機組進行降壓、蒸餾直至成為1500v控制系統(tǒng)的一種工作模式，這種工作模式經(jīng)過相關(guān)的直流開關(guān)控制之后形成個一種接觸電網(wǎng)模式。就我國某地鐵站變電所為例，其在工作中工設(shè)置了2坐110kv/33kv的主變電站和8座牽引降壓混合變電站。它在工作的過程中是在確保車輛運行安全和穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，對地鐵的環(huán)控以及照明信號等方面存在著一定的問題與缺陷。變電站作為地鐵工作的核心，其在工作中對于電力系統(tǒng)自動化以及全面優(yōu)化配置的要求較高，其在應(yīng)用中有著卓越的貢獻與管理模式。

3.2牽引變電所內(nèi)直流保護的配置

一般來說，牽引變電所在工作的過程中對于直流保護系統(tǒng)的控制要求較高，是通過在系統(tǒng)發(fā)生故障的第一時間就能夠快速準(zhǔn)確的切除相關(guān)故障，同時又能夠在工作中及時的避免其產(chǎn)生和出現(xiàn)的質(zhì)量問題以及電氣參數(shù)模式和相關(guān)的保護裝置。這種裝置在后備保護體系的增加以及保障性切除方面具備著良好的工作優(yōu)勢和作用，并且有效的增加了與主體保護之間存在的難度。因此來說，在目前的直流保護裝置設(shè)置中，其數(shù)量不能夠太多，甚至對于保護裝置不同類型的控制流程也不予使用。

3.3主要保護的原理

牽引變電所內(nèi)的直流系統(tǒng)的故障形式主要有：短路故障，過負(fù)荷故障，過壓故障等等，最常見的也是危害最大的是短路故障。從本質(zhì)上講，短路故障有兩種類型，一種是正極對負(fù)極短路，另一種是正極對大地短路。所內(nèi)配置的多數(shù)保護都是為了切除前一種故障，框架保護則是為了切除后一種故障。

對于前一種故障，多數(shù)是由于架空接觸網(wǎng)對鋼軌短路所引起的，短路點離牽引變電所的距離決定了短路電流的大小。遠端短路故障電流的峰值與列車啟動時的電流峰值相近，甚至小于該電流，所以，遠端短路故障電流與列車啟動電流的區(qū)分，是牽引變電所直流保護的難點。另外，列車受電弓過接觸網(wǎng)分段時，也會有一個峰值較高的電流出現(xiàn)。

3.3.1 大電流脫扣保護

主保護，與交流保護中的速斷保護類似，用以快速切除金屬性近端短路故障。這種保護是直流斷路器內(nèi)設(shè)置的固有保護，沒有延時性，它通過斷路器內(nèi)設(shè)置的脫扣器實現(xiàn)。當(dāng)通過斷路器的電流超過整定值時，脫扣器馬上動作，使斷路器跳閘。

一般來說，該保護的整定值要通過計算和短路試驗得出，整定值要比最大負(fù)荷下列車正常啟動的電流大，也要比最大短路電流小。

3.3.2 電流上升率保護

廣泛使用的中遠端短路主保護，它在多數(shù)情況下能正確區(qū)分列車正常運行電流和中遠端短路電流，主要用于切除大電流脫扣保護不能切除的故障電流較小的中、遠端短路故障，其工作原理如下：

電流上升率保護觸發(fā)的條件是唯一的，即當(dāng)電流的變化率di/dt>A，A是電流上升率的定值。滿足觸發(fā)條件di/dt>A時，電流上升率保護啟動（該時刻記為t）。

3.3.3 定時限過流保護

電流上升率保護的后備保護，通常該保護的電流整定值Idmt較小，一般按饋線最大負(fù)荷考慮 ，以達到切除遠端短路故障的目的，其動作延時Tdmt也較長，以避開列車啟動的時間，廣州地鐵二號線牽引供電系統(tǒng)中該保護設(shè)計的Idmt為3000A，延時Tdmt為30秒。

當(dāng)電流第一次超過定值時，保護啟動，在延時Tdmt的時間段內(nèi)電流一直超過定值，可認(rèn)為是短路電流，觸發(fā)跳閘，如果中間任一時刻電流沒有超過定值，保護自動返回，等待下次啟動。

3.3.4低電壓保護

其作用和定時限過流保護一樣，作為電流上升率保護的后備保護，一般與其它保護形式互相配合，不作為單獨的保護使斷路器調(diào)跳閘。它的整定值Umin及延時Tdmt必須列車正常運行時的運行情況互相配合，應(yīng)考慮最大負(fù)載下列車的啟動電流和啟動持續(xù)時間，還要考慮在一個供電區(qū)內(nèi)多部列車連續(xù)啟動的情況。

當(dāng)發(fā)生短路故障時，直流輸出電壓迅速下降很多，當(dāng)輸出電壓

4.1合閘

合閘的原則是想盡辦法讓合閘繼電器K02受電，使由它驅(qū)動得斷路器合閘線圈得電，從而使斷路器合閘。

4.2分閘

斷路器分閘的原則是使分閘繼電器K01受電，使由它驅(qū)動的斷路器分閘線圈得電，從而使斷路器分閘。

5.結(jié)論

目前，地鐵直流牽引變電所內(nèi)配置的直流保護，基本上能夠快速切除大多數(shù)短路、接地故障，但仍然存在一些世界性的難題。國內(nèi)保護設(shè)備制造商完全有能力制造出目前廣泛使用的這些直流保護。