(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)電氣化設(shè)計(jì)院分公司,天津 300250)

0 引言

濟(jì)南軌道交通R2線末端站彭家莊站設(shè)有牽引所，與彭家莊牽引所相鄰的牽引所為烈士陵園牽引所，兩座牽引所間距約4.5km。如彭家莊站牽引所退出運(yùn)行，由相鄰的烈士陵園站牽引所單邊供電至線路末端，供電距離太長，不能滿足牽引供電的要求。所以彭家莊牽引所需采取一種特殊的主接線及保護(hù)配置方案以盡量保證彭家莊站牽引所不退出運(yùn)行。

1 主接線形式

彭家莊站牽引所設(shè)了兩套整流機(jī)組加一套雙向變流器的組合形式，同時(shí)直流正母線也進(jìn)行了單母線分段，如圖1。兩套整流機(jī)組均接于II段35kV母線，雙向變流器接于I段35kV母線；1#整流機(jī)組和雙向變流器接至I段直流母線，2#整流機(jī)組接至II段直流母線，直流正極母聯(lián)開關(guān)設(shè)兩臺斷路器。

整流機(jī)組及雙向變流器的工作模式如下：正常運(yùn)行時(shí)，兩套整流機(jī)組給直流母線供電，兩臺母聯(lián)斷路器均合閘，雙向變流器采用逆變模式；當(dāng)一套整流機(jī)組退出時(shí)，另外一套整流機(jī)組正常運(yùn)行，雙向變流器采用逆變模式；當(dāng)兩套整流機(jī)組全退出時(shí)，雙向變流器切換為整流模式。

圖1 彭家莊牽引所主接線形式

2 框架保護(hù)方案配置

常規(guī)變電所一般設(shè)置3套框架保護(hù)裝置（一套為整流機(jī)組、一套為直流母線、一套為再生能吸收裝置），為了盡量降低彭家莊站牽引所退出的可能性，本所框架保護(hù)方案選用6套。

6套框架泄漏保護(hù)配置方案如圖1中虛線框所示：1#整流器、2#整流器、雙向變流器、正極I段設(shè)備、正極II段設(shè)備、負(fù)極柜。這6組直流設(shè)備均獨(dú)立絕緣安裝。設(shè)置6套框架泄漏保護(hù)的目的是為了降低發(fā)生直流設(shè)備碰殼時(shí)全所退出的可能性。

當(dāng)直流正極碰設(shè)備外殼發(fā)生電流型框架保護(hù)動作時(shí)，電流元件內(nèi)電流流向?yàn)椋赫龢O—外殼—電流元件—地—OVPD—鋼軌-回流電纜—負(fù)極；當(dāng)直流負(fù)極碰設(shè)備外殼發(fā)生電流型框架保護(hù)動作時(shí)，電流元件內(nèi)電流流向?yàn)椋赫龢O—接觸網(wǎng)—機(jī)車—軌地間泄漏電阻—地—電流元件—外殼—負(fù)極。由此可見在發(fā)生正極碰殼及負(fù)極碰殼時(shí)電流元件的電流流向是相反的。如果定義正極碰殼時(shí)電流元件電流流向?yàn)檎?，那么?fù)極碰殼電流元件流過的電流則為反向。

發(fā)生負(fù)極碰殼框架泄漏時(shí)，即使本所直流進(jìn)線斷路器、直流饋線斷路器、35kV側(cè)斷路器、鄰所直流饋線斷路器都跳閘后，這種故障也不能被隔離。因?yàn)槿€的負(fù)極都是通過鋼軌連在一起的，泄漏到地中的雜散電流會在此處流過。直流設(shè)備內(nèi)的負(fù)極與鋼軌之間沒有開關(guān)，無法將此雜散電流截?cái)唷?/p>

當(dāng)發(fā)生負(fù)極碰殼時(shí)，此種故障與鋼軌電位限制裝置閉合是一樣的，是可以正常行車的，只是此處的框架電流（雜散電流）較大，而且無論本所及鄰所斷路器是否跳閘，此電流一直存在，靠開關(guān)的分閘無法解決此問題，所以，這種情況下斷路器跳閘并不能解決問題，只能派人去現(xiàn)場處理，對于此種情況下的框架跳閘僅設(shè)置為報(bào)警，不再聯(lián)跳相關(guān)開關(guān)。

根據(jù)以上分析，1#整流器、2#整流器、雙向變流器中均包含有正極和負(fù)極母排，直流設(shè)備（正極I段設(shè)備、正極II段設(shè)備）為斷路器柜，往往也設(shè)有負(fù)母排，用于電壓測量，所以也包含正極和負(fù)極母排，因此均需考慮正極碰殼與負(fù)極碰殼兩種情況；負(fù)極柜中僅有負(fù)母排，僅需考慮負(fù)極碰殼的情況。

所以，這6套框架泄漏保護(hù)中的電流保護(hù)應(yīng)按以下方式設(shè)置：

（1）1#整流器的電流保護(hù)按電流正向跳閘（跳201、321）、電流反向報(bào)警。

（2）2#整流器的電流保護(hù)按電流正向跳閘（跳202、322）、電流反向報(bào)警。

（3）雙向變流器的電流保護(hù)按電流正向跳閘（跳203、311）、電流反向報(bào)警。

（4）正極I段設(shè)備的電流保護(hù)按電流正向跳閘（跳201、203、211、221、200A、200B、311、321、臨所斷路器）、電流反向報(bào)警。

（5）正極II段設(shè)備的電流保護(hù)按電流正向跳閘（跳202、231、241、200A、200B、322、臨所斷路器）、電流反向報(bào)警。

（6）負(fù)極柜的電流保護(hù)按電流正向和電流反向都報(bào)警（負(fù)極柜不會出現(xiàn)正向電流）。

3 直流母線及雙邊聯(lián)跳回路

由于彭家莊牽引所的重要性，避免發(fā)生框架電流型保護(hù)動作時(shí)將整個(gè)直流母線設(shè)備退出的可能性，采用了直流母線單母線分段的形式。在直流母線I段、II段分別設(shè)置母聯(lián)斷路器，此目的是為了當(dāng)直流I段母線發(fā)生框架動作時(shí)將所有電源點(diǎn)切除，因此需要聯(lián)跳直流II段對應(yīng)的開關(guān)（此時(shí)直流I段母線與直流II段母線的關(guān)系等同于常規(guī)牽引所直流母線與臨所直流母線的關(guān)系），因此需要在直流II段設(shè)置母聯(lián)斷路器，同理當(dāng)直流II段母線發(fā)生框架動作時(shí)也需要在直流I段設(shè)置母聯(lián)斷路器。

由于彭家莊站為線路末端站，按照正常配置僅需要設(shè)置兩臺直流饋線柜即可，為了避免框架保護(hù)動作后將直流饋線退出的可能性，主接線按照4路直流饋線進(jìn)行配置，并且增加了接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)2113及2124。當(dāng)I段框架保護(hù)動作退出I段的直流饋線時(shí)，可以通過II段直流母線經(jīng)II段的直流饋線柜供電（接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)2113、2124合閘）。

由于直流母線采用的分段，并且框架分別動作的形式，因此變電所土建布置時(shí)也將直流柜I段II段分開布置，母聯(lián)斷路器柜221及231之間采用電纜連接。

由于常規(guī)牽引所不存在231（241）斷路器與烈士陵園213（214）斷路器同時(shí)給供電臂供電的工況，所以不存在雙邊聯(lián)跳回路，但是由于彭家莊站直流單母線的分段存在以上供電的工況（直流I段設(shè)備退出時(shí)，由直流II段斷路器及臨站相關(guān)斷路器共同給區(qū)間供電），因此需要考慮以上斷路器相互之間的聯(lián)跳回路。具體見圖2。

當(dāng)彭家莊牽引所直流斷路器211發(fā)出臨所聯(lián)跳信號（如過流保護(hù)動作）時(shí)，烈士陵園牽引所可以正常接收到跳閘信號，此時(shí)直流I段母線退出，可以打開隔離開關(guān)2111，并將聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)2113合閘，線路測試通過后通過直流斷路器231給區(qū)間供電，當(dāng)231斷路器發(fā)出聯(lián)跳信號時(shí)烈士陵園牽引所需要增加J5、J6繼電器以接收聯(lián)跳回路。

當(dāng)烈士陵園牽引所直流斷路器213發(fā)出聯(lián)跳信號時(shí)；彭家莊牽引所211斷路器可接收到跳閘信號，但是當(dāng)直流I段母線退出時(shí)通過231斷路器供電時(shí)彭家莊牽引所需要增加J5、J6繼電器以接收聯(lián)跳回路。圖2中標(biāo)紅的內(nèi)容為區(qū)別于常規(guī)牽引所雙邊聯(lián)跳回路需要增加的部分。同理221及241斷路器供電臂，此處不再贅述。

圖2 雙邊聯(lián)跳回路

當(dāng)然也可采用如圖3的更為簡單的接線方式，將兩個(gè)跳閘回路聯(lián)通，不需要額外增加繼電器，但是此種接線形式存在本所發(fā)出的聯(lián)跳信號由本所聯(lián)跳繼電器接收到的問題，當(dāng)本所框架動作報(bào)警的同時(shí)本所會發(fā)出“臨所框架動作”的報(bào)警信號，此處需要注意。

圖3 雙邊聯(lián)跳回路

4 母聯(lián)斷路器保護(hù)配置

兩臺母線斷路器均設(shè)置大電流脫扣保護(hù)（本體）及電流速斷保護(hù)，電流速斷保護(hù)需考慮直流饋線與母聯(lián)斷路器及進(jìn)線斷路器的保護(hù)極差配合，以避免越級跳閘。

5 此種主接線形式的探討

（1）彭家莊站牽引所的主接線形式能夠極大的降低牽引所退出運(yùn)行的概率，保證了末端供電的可靠性；

（2）此種主接線形式將再生能饋裝置改為雙向變流器、直流母線增加了2套母聯(lián)饋線柜、增加了框架保護(hù)裝置3套，對于整個(gè)所的投資并未增加很多；

（3）主接線中存在接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，即使將來線路延伸也不需要對隔離開關(guān)部分進(jìn)行改造；

（4）由于本工程需要考慮再生能吸收裝置，因此采用了雙向變流器的方案，目前雙向變流器在寧波地區(qū)已經(jīng)開始使用，雙向變流器的設(shè)備可靠性需要經(jīng)過工程的應(yīng)用驗(yàn)證，如不考慮再生能吸收，可以采用3套整流機(jī)組的方案；

（5）主接線的形式與常規(guī)牽引所配置不統(tǒng)一，對運(yùn)維人員增加一定的維護(hù)難度；

（6）由于此種主接線形式基本保證了變電所不會退出運(yùn)行，是否對供電系統(tǒng)牽引所的布點(diǎn)方案提供了另外一個(gè)布點(diǎn)思路即不再考慮大雙邊供電的可能性，將牽引所布點(diǎn)間距變大；

（7）為了解決降低牽引所退出的可能性也可采用4套整流機(jī)組或者彭家莊站建2個(gè)獨(dú)立的牽引所的方案來解決此問題，但是從性價(jià)比上比較，此種主接線形式更優(yōu)。

6 結(jié)語

彭家莊站牽引所的主接線形式為城市軌道交通供電系統(tǒng)的一種創(chuàng)新，此種接線形式極大的保證了供電末端的可靠性，可對長大區(qū)間且無條件增加區(qū)間牽引所的軌道交通線路提供一種解決思路，由于此種主接線形式未在其他工程中應(yīng)用，為國內(nèi)首創(chuàng)，需要經(jīng)過工程應(yīng)用的檢驗(yàn)。