地铁直流牵引供电保护技术分析

张钰 李强

【摘要】伴随着我国城市交通建设的不断发展，地铁系统技术的改善与优化速度快速发展，其中直流牵引供电系统在地铁供电保护技术中的应用范围越来越广泛，因此高性能以及高可靠性的直流保护技术对于地铁技术的发展十分重要。我们基于地铁直流供电系统中所普及采用的几种直馈线路保护方法，就电流上升率的保护以及电流增量保护、过流保护以及框架保护等基本的保护原理，对地铁直流牵引供电保护技术进行分析。

【关键词】供电保护;馈线;直流;地铁

我国的城市地铁直流保护设备主要来自于国外，比如在广州地铁三号线所应用的保护设备是德国公司Siemens的产品DPU96，武汉地方城市的铁轨所选用的地铁直流保护设备是瑞士Secheron公司旗下产品SEPCOS。对于产品的构成方面来讲，直流保护电的设备制造原理并不复杂，因此我国在理论实践上也可以进一步的进行发展，在不久的将来，国产的直流电保护设备将在我国市场成为主流。

一、地铁直流牵引网短路电流特点及地铁直流保护系统的设计要点

地铁直流牵引网存在着短路的现象，具体特点为：首先，在地铁列车起动时电流的变化率时间以及地铁中远端的相关电流变化率在时间程度上延伸较长;其次，与负荷电流的变化率相比较之下，短流电路变化率要明显高出更多，变化频率更高，并且处在远端的短流电路具体变化率与地铁起动时的最高程度的电流变化频率保持一致;最后，在地铁车流密度和地铁直流馈线的相聚距离在达到一定的最高数值后，负荷电流在变化量及数值方面有可能会高于在处在末端的短流电路。针对直流牵引网中的短流电路发生情况，地铁直流保护系统的设计需要具备以下的几种特点：首先应该基于部分的特殊故障进行系统性的保护，例如在地铁屏蔽门和接触网部分的短路故障、在架空接地线处与地铁直流接触网部分的电流短路等;另外，在城市地铁的日常运行工作过程中，对于地铁的直流保护系统应该尽可能的避免出现跳闸问题，减少暂时性的系统故障对于地铁运行所造成的不利影响;最后，各类保护措施应该交叉进行，进行相互工作之间的配合使用，确保在地铁直流系统出现短路等暂时性的故障时，能够进行及时有效的排除与修复。

二、地铁直流牵引供电保护技术的具体内容

（一）对于电流上升率的保护和电流增量的保护

电流上升率的保护与电流增量的保护是地铁直流网络保护技术中的重要内容。使用这两种保护措施，可以在短路故障发生时对故障发生的原因进行及时检测，断路器在地铁短路电流进行稳定的工作状态之前可以对故障中的回路进行恢复与切除。，从而对地铁直流设备进行保护，其具体的工作原理为：对直流牵引所需要的正常电流与在发生故障时的电流在数值和特征上进行比较与区分，从而确定故障发生的原因。例如，假设地铁列车在进行正常运行过程中其最大的工作电流为dkA，在列车进行起动时，电流值从最初的零状态增加到运行的最大电流值约为8秒，以此计算，此辆列车的电流上升率保持在0.5kMs，但事实上地铁故障电流的上升率与地铁正常工作的电流相差数值方面有着几十或是上百倍的差距。因此，在实际的运用过程中，电流上升率保护与电流增量的保护要结合进行，在进行保护系统起动后，由同一个电流上升率值进行预定，避免互相影响状况的出现，在一方进入保护标准时就提前进行预热保护状态。所以，电流上升率的保护主要针对于地铁中远距离程度上面的非金属性短路的情况;电流增量保护则主要针对近距离的同属性短路故障。

（二）过流保护

地铁直流牵引供电保护技术中的过流保护技术是针对电流在超过规定值时进行调整，并在故障出现的时间超过预期的保护时间后进行跳闸指令的发送。其具体保护原理为：在电网发生非金属性的短路故障时，主要特征表现为电流值突然增大，电流电压急剧下降，过流保护可以按照线路进行选择，整定继电器的动作电流。在线路中出现故障的电流数值达到额定标准时，电流继电保护器就可以根据选择的保护方案，对其电路故障进行切除。作为电流上升率的电流增值量的后备保护措施，可以在保护控制的单元内提前对电流的Imax值以及时间维度上的T值进行整定。在直流馈线电路的电流值超过规定时间内的Imax值时，就可以通过过流保护的相关装置对直流馈线电路的断路器进行跳闸工作，以此来排除故障，切除故障电路，基于此，我们可以发现，Imax值应在整定数值上比电流的脱口保护装置的预定值要小，在进行数值设定时，可以从正反两个方向进行。

（三）框架保护

进行框架保护工作的主要原因是为了防止直流牵引供电设备的内部绝缘在降低时会对人身造成危险，对于每个牵引降压变电场所内都需要设置一套直流系统的泄露保护措施系统，这种保护措施应该包含过电流保护与反映接触电压的相关过电压保护措施两个方面“，过电压保护措施应该与地铁站内的对轨道的电位制约装备进行配合联动使用，并且作为轨道电位制约装置的后备保护措施。另一方面，电流型框架的保护措施通过检测相关直流设备来触发保护装置的保护动作，在直流设备的绝缘度发生变化时，相关直流设备可以对地铁柜体中的泄露电流进行整定值触发，从而使保护框架触发保护开关，迅速的对地铁设备内的所有直流开关进行跳闸，在进行人工复归的方式后可以再度合上开关进行工作。因为电流框架保护措施的电阻阻抗值太小，直流框架保护设备可以直接接触地面，检测电压与轨道外的对于地面的电压可以保持一致，作为故障排除标准，在对相关直流故障进行切除后，可以通过人工恢复框架泄露保护装置的方式，使断路器重新投入使用。

综上所述，对于地铁直流牵引供电保护技术的应用可以从电流上升率的保护、电流增值的保护与框架的保护等多个方面分层进行，在进行故障解决判定时，中远程的非金属短路故障应用进程的非金属性故障加以区分;并且为了防止保护装备中的内部绝缘的变动对人体造成的危害，需要对其直流电框架进行保护，具体措施就是使用电流泄露保护框架对发生变动的电流进行切除保护，促发断路器动作，并且通过人工.恢复使设备再次投入使用，保證了保护设备的人工可操作性与重复性使用，降低保护装置的成本。