城市轨道交通直流牵引供电系统电流变化率保护分析

摘要：随着国民经济的不断发展，城市交通问题也在一定程度上表现的比较突出，而不断发展的城市轨道交通系统是解决这一问题的主要措施之一。城市轨道交通采用直流牵引供电系统，其重要性在一定程度上对牵引供电的稳定性以及牵引供电的可靠性提出了更高的要求。本文主要介绍电流变化率保护在城市轨道交通直流牵引供电系统的应用分析和研究。

关键词：直流牵引；电流变化率；保护分析

中图分类号：C35文献标识码： A

引言：对直流牵引供电保护系统而言，一般情况下其采用的主保护为电流上升率保护、电流增量以及对时间进行延时的保护等，这都是对电流趋势变化进行应用的保护。随着我国经济的快速发展，城市交通拥堵问题日益严重，城市轨道交通的建设步伐不断增大。城市轨道交通牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分之一，整个系统主要的核心就是牵引供电系统的保护和控制，其稳定性将直接影响地铁的稳定运行。

1.直流牵引供电的原理

城市轨道交通供电系统是电网的重要负荷，属于一级负荷。对一级负荷而言，按照规程应由两路独立电源进行供电；如果一路电源因发生故障导致供电中断，另一路电源能够保证负荷的正常用电。牵引变电所的电源一般也有两路独立的电源，如果一路电源失电时，另外一路电源就能够自动投入，从而保证牵引变电所不间断的获取三相交流电。图1为城市轨道交通牵引供电系统图。

图1城市轨道交通牵引供电系统图

其中图中分别代表的是：1.牵引变电所 2.馈电线 3.接触网 4.电动列车5.钢轨 6.回流线7.电分段

2.直流牵引系统电流变化率在保护过程中的分析

电流变化率保护是直流牵引供电系统的主保护之一。在使用电流上升率保护时，不仅要有效的利用该保护的灵敏性；同时应改善其动作特性，使其单独使用时，能有效提高保护的选择性。电流变化率一般由两种跳闸模式组成，一是延时跳闸部分，二是瞬时跳闸部分组成。如果出现故障时，优先达到动作特性条件的，则保护发出跳闸命令。瞬时跳闸主要是用于切除牵引供电网中短路电流较大的近端短路故障，延时跳闸主要用于切除短路电流较小的远端短路故障；两种保护模式配合使用，不仅可以及时切除短路故障，而且能够避免在机车启动时产生大电流导致保护误动。

2.1保护的主要原理

对于电流增量保护ΔI，当出现短路故障时，应在短路电流还没有达到最大值之前，对故障进行准确判断，同时采取措施使断路器跳闸，从而避免扩大故障范围，产生更严重的损失。其原理为图2 所示。

图2电流增量保护原理图

当发生短路故障时，短路电流不断增大，保护启动延时，当延时时间到后，电流增量保护动作使断路器跳闸将短路电流切除。当在线路末端发生短路故障时，短路电流短时间不会明显增大，在这样的情况下就会在一定的程度上导致电流增量保护出现拒动的现象，不能够对牵引网进行有效的保护。

对于电流上升率保护di/dt，如果在线路的中远端发生短路故障，线路短路电流会有着比较小的上升率，甚至会低于列车启动时上升率，而这时保护会检测到di/dt达到启动值，从其启动延时T，延时时间到后可以进一步的对短路的故障进行有效的判断，从而决定是否对故障进行切除。其动作原理如图3，该保护的主要的优点是有着比较大的保护范围，而且也有着比较强的抗干扰能力。

图3为电流上升率di /dt保护原理图

2.2保护的动作特性

直流馈线保护装置在运行的过程中会不断的检测馈线电流的大小，还会不断检测电流上升率di/dt。如果检测的电流上升率大于瞬时跳闸的整定值di/dt-ins，且电流增量进一步的达到瞬时跳闸过程中的整定值I-ins，从而使得保护装置在没有延时的情况下，立即出口跳闸将故障电流切除。

如果检测到电流上升率di/dt大于延时跳闸的整定值di/dt-del时，电流上升率保护依然会启动，并进入延时。在延时时间I-del内，保护装置会检测电流增量，当电流增量达到延时保护动作的整定值时，保护依然会出口跳闸。

3.保护过程中存在的问题

随着我国社会经济水平的不断发展，城市交通运输行业的压力也在不断的增大。对于城市轨道交通而言，必须要对车辆运行的密度进行增加以适应不断增大的客流量。随着行车密度的增大，就会出现同一供电区间内运行多辆机车的情况，如果这些机车一同启动，就会造成机车启动时电流突然的增大的现象，从而会导致电流上升率保护误动。而要增大电流上升率保护的整定值，则会出现非金属性短路故障时电流上升率保护拒动。

3.1关于多辆机车同时启动

为了能够更好的防止在相同的供电区间之内由于多辆机车的一同启动所出现电力变化率保护装置而发生的误动，电流上升率保护的时间以及定值都要进行相应的调整。

3.2关于小电流短路故障

如果故障地点距离牵引变电所较远，或者是发生了非金属性短路的故障，这时所引发故障电流的增量值是比较小的，同时电流的变化率也是相对较小，并且受系统容量限制故障电流迅速趋于稳定状态；为了能够更好的保护这种故障，其电流上升率保护就需要降低整定值的大小，并且时间的定值也需要进行相应的一些变化。这样设置电流变化率保护的定值，其保护范围能够有效的避免正常启动过程中出现的误动；然而，如果多辆机车在同一供电分区同时启动，机车的启动的电流势必会增大，且机车启动电流的大小将会趋近于发生故障时的电流。启动电流增大，将导致电流变化率增大，因此，其保护将出现误动。

结束语：在机车启动时，其启动电流与短路电流在幅度及上升率上都是十分接近的。因此，在同一供电分区内，如果出现两辆机车距离过近的情况下，极有可能导致保护误动，此时必须调整电流变化率的定值以及时间定值，以此提高保护的选择性。

参考文献：

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