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        直流牽引供電系統(tǒng)的DDL保護(hù)

        2019-11-27 13:02:02李國玉
        船電技術(shù) 2019年11期
        關(guān)鍵詞:上升率整定值錄波

        周 鑫,張 婷,李國玉

        直流牽引供電系統(tǒng)的DDL保護(hù)

        周 鑫,張 婷,李國玉

        (武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所,武漢 430064)

        DDL保護(hù)作為直流牽引供電系統(tǒng)中線路上的主要保護(hù),可以有效的保護(hù)直流牽引供電系統(tǒng)。該文首先介紹了DDL保護(hù)的工作原理,給出了保護(hù)動(dòng)作的邏輯流程。介紹了DDL保護(hù)的整定方法。結(jié)合實(shí)際運(yùn)營情況,描述了DDL保護(hù)應(yīng)該注意的問題。

        直流牽引供電系統(tǒng) DLL保護(hù) 直流饋線

        0 引言

        南寧地鐵三號(hào)線直流牽引開關(guān)采用的是武漢船用電力推薦裝置研究所研制的ZDS3-40/18型開關(guān),其微機(jī)綜合保護(hù)裝置采用的是ZJK-11保護(hù)裝置。ZJK-11主要用于保護(hù)直流牽引供電系統(tǒng),可以檢測(cè)到供電系統(tǒng)即將發(fā)生短路的現(xiàn)象。ZJK-11是一個(gè)微型中央處理系統(tǒng),可以通過外部的設(shè)置,使其具有可操作性,可擴(kuò)展性。南寧地鐵三號(hào)線1500 V直流饋線保護(hù)及控制的設(shè)置包括:DDL △,DDL △,max+,min,熱保護(hù),聯(lián)跳,防跳,線路測(cè)試的合閘及重合閘。

        1 DDL保護(hù)的工作原理

        DDL保護(hù)主要就是通過分析電流上升率d/d,電流增加持續(xù)的時(shí)間和電流增量△,檢測(cè)短路故障。其原理為,在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),持續(xù)測(cè)量電流,并實(shí)時(shí)計(jì)算電流變化率d/d,以及實(shí)時(shí)的電流值,當(dāng)電流變化率大于啟動(dòng)值時(shí),并且下一毫秒時(shí)刻的電流值大于返回值,DDL保護(hù)啟動(dòng)。當(dāng)其電流的增量大于△時(shí),DDL △保護(hù)發(fā)出跳閘命令,使得斷路器進(jìn)行分閘操作。

        當(dāng)電流上升率滿足d/d<,且下一毫秒>,經(jīng)過一個(gè)延時(shí)時(shí)間,延時(shí)結(jié)束時(shí)△I與電流增量△滿足△I大于△時(shí),則通過DDL △T切除故障。

        基于以上分析,可得出DDL △的動(dòng)作方程:

        DDL △保護(hù)動(dòng)作方程:

        1)d/d>且d/d>,△I1>E△I

        上式中,d/d為電流上升率;為保護(hù)電流上升率的起始條件;為電流上升率的復(fù)位值?!?為d/d>電流增量;△為保護(hù)的電流增量整定值。

        DDL △T保護(hù)動(dòng)作方程

        2)E<d/d且d/d>,△2>△,t>T

        上式中,為DDL △T保護(hù)電流上升率的復(fù)位值;為DDL △保護(hù)電流增量持續(xù)時(shí)間;為DDL △保護(hù)的延時(shí)時(shí)間;△2為DDL △到達(dá)整定值時(shí)的電流增量。

        圖1 DDL保護(hù)流程圖

        為了使實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候,供電系統(tǒng)避免誤動(dòng)作,并且在發(fā)生線路故障時(shí),能夠準(zhǔn)確及時(shí)有效的切斷故障線路,DDL整定時(shí)候應(yīng)該遵循以下幾點(diǎn)原則:

        1)設(shè)定DDL △的起動(dòng)值應(yīng)該大于列車正常啟動(dòng)時(shí)的最大電流上升率。

        2)當(dāng)列車正常啟動(dòng)時(shí)或者牽引網(wǎng)分?jǐn)鄷r(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流,這個(gè)時(shí)候DDL △的電流增量應(yīng)該避免沖擊電流。

        3)DDL △保護(hù)的整定,除了考慮鄰站之間的保護(hù),還需要考慮車內(nèi)濾波器充電的充電周期,需取兩者之間的較大值。

        2 DDL保護(hù)的動(dòng)作邏輯分析

        測(cè)量饋電電流及d/d。

        將測(cè)量到的d/d與設(shè)定值和比較。如果測(cè)量d/d>E,則開始測(cè)量電流增量(△)并計(jì)時(shí),允許有d/d<的情況(小于的時(shí)間不大于Tback)。

        如果測(cè)量值△>△設(shè)定值,則經(jīng)過一段時(shí)間T后,發(fā)出跳閘信號(hào)。

        或如果計(jì)時(shí)時(shí)間>設(shè)定值,且電流的增量△>設(shè)定值△min,則發(fā)出跳閘信號(hào)。

        如果在檢測(cè)到△設(shè)定值或之前,d/d<,則△和復(fù)零。

        當(dāng)電流持續(xù)增加時(shí),測(cè)量到電流增量△>△max并且時(shí)間大于或等于t△max,這時(shí)DDL △保護(hù)動(dòng)作并同時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)。若在保護(hù)出口動(dòng)作前檢測(cè)到電流變化率d/d低于,整個(gè)保護(hù)復(fù)歸,相關(guān)參數(shù)清零。

        表1 主要參數(shù)設(shè)置表

        當(dāng)電流的增量△>△min并且電流持續(xù)增加的時(shí)間△>max時(shí),DDL △T保護(hù)動(dòng)作同時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)。若在保護(hù)出口動(dòng)作前檢測(cè)到電流變化率d/d低于,整個(gè)保護(hù)復(fù)歸,相關(guān)參數(shù)清零。(DDL △保護(hù)與DDL △保護(hù)的啟動(dòng)值與返回值可以設(shè)置為同一值)

        圖3 DDL+△I跳閘特性曲線

        2.1 故障檢測(cè)舉例

        表2 故障曲線表

        圖中黃色部分為跳閘區(qū)域,圖中有6條曲線,當(dāng)滿足這6條曲線工況的時(shí)候,且數(shù)值處于黃色跳閘區(qū)域時(shí),綜保將會(huì)發(fā)出跳閘命令。

        圖4 跳閘曲線

        3 保護(hù)整定原則

        1)斜率E的設(shè)定

        判斷DDL保護(hù)是否發(fā)生的初始條件是d/d是否>。將短路穩(wěn)態(tài)電流設(shè)為cc,將短路時(shí)間常數(shù)設(shè)為經(jīng)過計(jì)算得出,短路狀態(tài)下的斜率就為=(cc/)。當(dāng)線路上有較大的牽引電流時(shí),值不宜設(shè)置的過高,這時(shí)可以適當(dāng)降低E值,但是E值不宜設(shè)置的過低,因?yàn)榱熊囌?dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生牽引電流,如果值過低,而此時(shí)因列車啟動(dòng)產(chǎn)生的d/d>值,容易將正常的列車牽引啟動(dòng)誤判斷為短路故障。發(fā)生誤跳閘。

        2)斜率F設(shè)定

        如果線路上產(chǎn)生d/d>時(shí),DDL保護(hù)啟動(dòng),但是如果接下來的時(shí)間內(nèi)d/d<并且檢測(cè)時(shí)間max,保護(hù)裝置令DDL復(fù)位,將不會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào),檢測(cè)結(jié)束。適當(dāng)降低設(shè)定值,使得DDL保護(hù)更加精確,可以提高DDL保護(hù)的max值動(dòng)作精度。從另一方面說,適當(dāng)降低值能更好的辨認(rèn)出線路末端的短路故障。

        3)△max的設(shè)定

        如果△max值設(shè)的過小的話,會(huì)導(dǎo)致線路頻繁發(fā)生DDL保護(hù),發(fā)出跳閘信號(hào),所以可以將其值設(shè)置大一些。但是為了獲得有效的DDL功能,△max設(shè)定值過高和過低都是不可取的,因此為了獲得該值,需要在列車滿載的情況下確認(rèn)當(dāng)時(shí)電流的大小。ZJK-11的初始△max設(shè)置不會(huì)小于列車啟動(dòng)時(shí)的牽引電流。

        4)△Imax的設(shè)定

        表示要進(jìn)行DDL △保護(hù),保護(hù)的時(shí)間必須經(jīng)過T△max后,且檢測(cè)到△大于△max后,才允許其發(fā)出跳閘命令。

        5)△min的設(shè)定

        ZJK-11初始值設(shè)為小于或等于線路末端短路電流,大于供電區(qū)間機(jī)車輔助電流。

        6)max的設(shè)定

        如果max值過小,在牽引所近距離的地方發(fā)生短路,電流的變化曲線可能與遠(yuǎn)端發(fā)生短路,電流變化的曲線詳細(xì),這時(shí)可以適當(dāng)增大max。所以確定max值的時(shí)候,可以采用逐漸增大的方式進(jìn)行試驗(yàn),即一旦試驗(yàn)所得的max不再影響正常牽引便可確定該值,但是也不能無限增大,會(huì)造成遠(yuǎn)端的故障檢測(cè)不出。

        4 發(fā)生近端及遠(yuǎn)端短路時(shí)的工況

        1)當(dāng)發(fā)生短路時(shí),電流上升的時(shí)間過短,未到達(dá)設(shè)定的△持續(xù)時(shí)間,保護(hù)不啟動(dòng),不會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)。

        2)當(dāng)發(fā)生短路時(shí),電流持續(xù)上升并且電流的增量△和持續(xù)時(shí)間△max都大于設(shè)定值,此時(shí)將發(fā)出跳閘命令。

        3)當(dāng)發(fā)生短路時(shí),電流持續(xù)上升,電流的增量△>設(shè)定值△max。但因上升中斷未超過設(shè)定的△持續(xù)時(shí)間,并不會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)。

        4)電流上升過程中因上升中斷,但超過了設(shè)設(shè)定的△,di/dt延時(shí),重新開始檢測(cè)電流斜率。即使超過了設(shè)定△跳閘定值,此時(shí)保護(hù)不啟動(dòng),開關(guān)不跳閘。

        5)當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端短路時(shí),電流上升速率超過整定值△且持續(xù)時(shí)間超過△max,保護(hù)啟動(dòng)發(fā)出跳閘信號(hào)。

        6)當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端短路時(shí),電流上升速率緩慢未達(dá)到整定值,保護(hù)不啟動(dòng),不發(fā)生跳閘信號(hào)。

        5 DDL保護(hù)實(shí)際運(yùn)用分析

        南寧三號(hào)線投入運(yùn)行至今已有6個(gè)月的時(shí)間,ZJK-11確保了直流開關(guān)的安全可靠運(yùn)行,DDL保護(hù)充分體現(xiàn)了保護(hù)的可靠性、靈敏性、準(zhǔn)確性,d/d或△、△均有相應(yīng)動(dòng)作采樣顯示,為故障分析判斷提供了理論依據(jù)。完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行安全要求。

        在運(yùn)行期間曾發(fā)生過跳閘保護(hù),ZJK-11運(yùn)行良好,驗(yàn)證了保護(hù)的準(zhǔn)確性。以下就南寧東溝嶺—東葛路保護(hù)跳閘動(dòng)作做詳細(xì)說明。

        1)東葛路211饋線柜保護(hù)跳閘分析

        如下表(DDL錄波數(shù)據(jù))所示:在40 s 592 ms時(shí)刻,電流上升率d/d到達(dá)60 A/ms(超過DDL保護(hù)啟動(dòng)值E,整定50 A/ms,在40秒592毫秒至40秒598毫秒期間,電流持續(xù)增大,d/d持續(xù)增大,電流增量Δ(3802 A-91 A=3711 A)大于Δmax的整定值3500 A,持續(xù)ΔImax(整定1 ms)后,第一次DDL ΔI保護(hù)出口。隨后電流有一個(gè)短暫的穩(wěn)態(tài),在40 s 609 ms時(shí)刻,電流上升率d/d返回到-1 A/ms,使得DDL △I保護(hù)返回。在40 m 612 ms時(shí)刻,電流上升率d/d到達(dá)86 A/ms,超過整定值。在40 s612 ms至40 s 618 ms期間,電流持續(xù)增大,d/d持續(xù)增大,電流增量Δ(11094-6814=4280 A)大于Δmax的整定值3500 A,持續(xù)ΔImax(整定1 ms)后,第二次DDL ΔI保護(hù)出口。

        表3 饋線柜錄波數(shù)據(jù)

        通過以上電流故障錄波波形可知:本饋線開關(guān)切斷電流最大值約14816 A,保護(hù)分?jǐn)嗳^程時(shí)間(電流從開始升上到下降到零)約55 ms,電流大于9000 A持續(xù)時(shí)間大于22 ms,滿足綜保裝置的max++保護(hù)整定(9000 A/1 ms)。40秒616毫秒max++保護(hù)出口(在ddl保護(hù)動(dòng)作之后),同時(shí)大電流脫扣保護(hù)動(dòng)作。

        由綜保二次保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間可知:如果是DDL保護(hù)最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)保護(hù),則全過程時(shí)間應(yīng)該大于140 ms,從故障錄波波形可知:保護(hù)分?jǐn)嗳^程時(shí)間(電流從開始升上到下降到零)約55 ms,故最終是由開關(guān)本體大電流脫扣實(shí)現(xiàn)開關(guān)最終保護(hù)。

        表4 東葛路211饋線柜整定值表(節(jié)選)

        圖5 東葛路211饋線柜電流故障錄波

        2)東溝嶺213饋線柜保護(hù)跳閘分析

        如下表(DDL錄波數(shù)據(jù))所示:在40 m614 ms時(shí)刻,電流上升率d/d到達(dá)71 A/ms(超過DDL保護(hù)啟動(dòng)值E,整定50 A/ms,在40 s614 ms至40 m 646 ms期間,電流持續(xù)增大,d/d持續(xù)增大,電流增量Δ(5074A-1353A=3721A)大于Δmax的整定值3500 A,持續(xù)Δmax(整定1 ms)后,DDL Δ保護(hù)出口。在9秒364時(shí)刻Δ等于60 ms,電流增量Δ(8461-1353=7108 A)大于Δmin的整定值1000 A,DDL Δ保護(hù)出口。

        通過以上電流故障錄波波形可知:本饋線開關(guān)切斷電流最大值約10001 A,保護(hù)分?jǐn)嗳^程時(shí)間(電流從開始升上到下降到零)約120 ms,電流大于9000 A持續(xù)時(shí)間大于30 ms,滿足綜保裝置的Imax++保護(hù)整定(9000 A/1 ms)。40秒683毫秒Imax++保護(hù)出口(在DDL保護(hù)動(dòng)作之后),DDL ΔI保護(hù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的最終保護(hù)。

        3)東葛路212饋線柜保護(hù)跳閘分析

        如下表(DDL錄波數(shù)據(jù))所示:在40 s 636 ms時(shí)刻,電流上升率d/d到達(dá)70 A/ms(超過DDL保護(hù)啟動(dòng)值E,整定50 A/ms,在40 s 636 ms至40 s696 ms期間,電流持續(xù)增大,d/d持續(xù)增大,在40 s 696 ms時(shí)刻Δ等于60 ms,電流增量Δ(3482-(-759)=4241 A)大于Δmin的整定值1000 A,DDL ΔT保護(hù)出口。

        表5 東溝嶺213饋線柜錄波數(shù)據(jù)

        圖6 東溝嶺213饋線柜電流故障錄波

        表6 東葛路212饋線柜錄波數(shù)據(jù)

        通過以上電流故障錄波波形可知:本饋線開關(guān)切斷電流最大值約3728 A,保護(hù)分?jǐn)嗳^程時(shí)間(電流從開始升上到下降到零)約145 ms,電流存在從負(fù)向往正向變換過程,無其他保護(hù)動(dòng)作,綜保DDL ΔT最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

        圖7 東葛路212饋線柜電流故障錄波

        6)事件結(jié)論

        在本次東溝嶺-東葛路區(qū)間短路事件系典型的區(qū)間短路工況,短路點(diǎn)相對(duì)于東葛路為近端短路,綜合保護(hù)裝置DDL優(yōu)先保護(hù)出口,斷路器本體大電流脫扣保護(hù)依次出口,斷路器本體大電流脫扣保護(hù)先于綜保DDL保護(hù)實(shí)現(xiàn)最終保護(hù);短路點(diǎn)相對(duì)于東溝嶺為遠(yuǎn)端短路,綜保DDL保護(hù)動(dòng)作并實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

        6 DDL保護(hù)存在的問題

        本文基于南寧地鐵3號(hào)線,根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況提出存在的問題:保護(hù)定值應(yīng)該考慮到列車啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的啟動(dòng)電流以及接觸網(wǎng)分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的沖擊電流的配合問題,保護(hù)需有效的區(qū)分列車正常啟動(dòng)、過電分?jǐn)鄷r(shí)的沖擊等情況。

        [1] 于喜林. DDL保護(hù)在直流牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電氣化鐵道. 2004(3).

        [2] 丁麗娜, 韓紅彬. 直流牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)方法研究. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2015, (5).

        [3] 李菲. 淺析地鐵直流牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)[J]. 通訊世界. 2016, (5).

        [4] 孫國凱, 霍利民. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2002.

        DDL Protection in Subway DC Traction Power Supply System

        Zhou Xin, Zhang Ting, Li Guoyu

        (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

        U223.6

        A

        1003-4862(2019)11-0056-05

        2019-06-19

        周鑫(1990-),男,助理工程師。研究方向:電氣工程及其自動(dòng)化。E-mail: 275662106@qq.com

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