四号线DC1500V开关保护定值匹配浅析

蒋小聪 曾玉晶 肖德将

摘要：四号线开通运营至今已将近10年，投入运行的车辆由最初的2列增加到现在的大小交路的23列（16+7），乘客也由寥寥可数到目前需要在新造—黄村段开行小交路才能有效疏导局部大客流。随着牵引负荷的增大，DC1 500 V开关柜电流也在增加，特别是线网发生过多次DC1 500 V开关因保护定值与负荷不匹配误跳闸事件，故有必要对四号线DC1 500 V开关柜保护定值匹配性进行分析。现从实际运行数据入手，结合保护整定值，分析定值匹配情况，提出了确保DC1 500 V开关可靠安全供电的建议，为四号线地铁供电系统的持续、稳定运行提供了一定的参考。

关键词：DC1 500 V开关;运行;保护定值;匹配

0    引言

在地铁供电系统中，牵引负荷与上线列车及乘客数量有关，也与列车行驶状态（如提速、上坡）及切换接触轨绝缘分段等有关，故波动较大。需要注意的是，开关柜电流整定值应小于線路末端接触网对地短路时的最小短路电流，同时需大于列车正常运行时的电流和时间（在线路的末端开关柜，因单边供电，需适当增大）;过负荷保护定值以躲过线路上最大负荷为整定原则。

随着四号线客流及上线列车的增多、负荷的增大，需对四号线DC1 500 V开关柜保护定值匹配进行分析。

1    过流、过负荷保护匹配分析

四号线目前黄村—新造段最小行车间隔较短，负荷电流最大值将出现在此区段，本文主要对此段站点的开关运行情况进行分析。

高峰期运行时馈线开关负荷电流：高峰期检测到最大运行电流约为2 200 A。

列车重载电流：如图1所示，四号线列车单列车重载启动电流最大为2 200 A，且列车在16 s内达到速度最大值。

2    Imax+保护及过负荷保护整定匹配分析

2.1    安全性分析

由表1得四号线Imax+过电流整定值为4 500 A，延时整定为30 s。由前文可知，现阶段四号线馈线开关电流值最大在2 200 A左右，小于整定值4 500 A，符合现运行要求。但在故障情况下（合上越区隔离开关进行单边供电），按照区间内3台列车重载全速启动，此时的馈线开关电流达到2 200×3=6 600 A，大于保护定值4 500 A，但重载列车能在16 s内达到速度最大值，小于Imax+保护的延时整定30 s，故可躲开列车取流最大值，避免开关的误动作，符合安全性要求。

2.2    可靠性分析

Imax+保护整定原则是躲过线路最大负荷电流，在发生线路远端短路时，可靠跳闸切除故障回路。考虑四号线最长供电臂合上一个越区隔离开关进行单边供电的情况（只有庆盛—蕉门段，长度约为9 km），用简化的经验公式对远端短路电流进行计算（图2）。

庆盛单边对蕉门方向供电情况下，蕉门末端短路时，庆盛（虚线框）和东涌（实线框）同时对短路点供电。为了简单、直观地计算短路电流，仅考虑庆盛牵引所对故障点进行供电。

（1）考虑上下行钢轨设均流电缆，4条钢轨并联回流：

式中，Kr为内阻系数，短路点离牵引所>400 m，Kr取1;ud为牵引变压器短路阻抗比;UN为直流侧额定电压;0.9为牵混所变压器与整流器匹配系数;n为牵引整流机组数;ST为变压器容量。

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.09）≈7 395 A

式中，U为牵引变电所母线电压;R1为接触轨电阻，R1=0.072 83 Ω;R2为钢轨电阻，R2=0.09 Ω。

（2）考虑上下行钢轨设置的均流电缆失效情况下，仅有2条钢轨并联：

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.18）≈5 122 A

远端短路故障的电流最小值为5 122 A，大于4 500 A保护整定值，故目前四号线Imax+定值能在远端短路故障时可靠动作。

2.3    过负荷分析

过负荷整定为2 900 A，延时30 min，其热量计算公式如下：

式中，τ为时间常数。

设置θt0=80%为报警门限，当θt达到此值时，Sepcos发报警信号。如负荷继续增加到θt≥101%，保护装置发跳闸信号使断路器分闸。

观测了全线的馈线开关Sepcos装置，现阶段θt处于5%至12%的范围，故目前过负荷整定值符合安全可靠运行要求。

3    结语

综上，四号线DC1 500 V开关柜整定值与现阶段列车上线数量、牵引取流等匹配良好，保护误动作概率非常小;保护整定保护范围广，能有效切除远端线路故障，安全、可靠性高。

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收稿日期：2020-04-30

作者简介：蒋小聪（1981—），男，广东湛江人，城市轨道交通供电助理工程师，研究方向：城市轨道交通供电。