地铁牵引供电系统直流馈线保护技术分析

赵福仟 白玉宝

摘要：在地铁系统中，直流牵引供电系统是非常重要的组成部分，而馈线保护是确保供电系统能够稳定、安全运行的核心技术。本文首先对直流牵引网短路电流的基本特性进行了介绍，然后说明了直流保护系统的基本设计要点，最后详细讨论了地铁直流牵引供电系统的馈线保护技术，希望能为相关设计和技术工作者提供有益参考。

关键词：地铁;牵引供电系统;直流馈线保护技术

随着我国经济的迅速发展，城市轨道交通建设有了较快发展，但是轨道体系并没有形成完善的配置，在一定程度上影响了轨道交通的正常运行。牵引供电系统作为地铁系统的重要组成部分，提供了必要的牵引用电，而馈线保护是确保供电系统能够稳定、安全运行的核心技术，对地铁牵引供电系统直流馈线保护技术进行研究，能够有效降低地铁运行故障，为广大市民带来更为便利的交通出行体验。

一、直流牵引网短路电流的基本特性

1. 通常而言，与地铁启动时产生的电流变化率变化过程相比较，中远端产生的短路电流变化率会影响更长时间。

2. 直流牵引供电系统出现的馈线位置的地铁起动电流与瞬时短路电流能够在模型上设置为指数函数的形式。

3.与地铁起动时出现的瞬时跳变量进行 比较，终端位置出现的短路电流反馈出的瞬时跳变量会非常大，但处于线路延伸状态时则可能相反。

4.与负荷电流实际变化率相比较，短路电流反馈出的变化率通常比较高，但是远距离短路电流反馈出的变化率比较短，终端短路反馈出的电流变化率与地铁起动状态下反馈出的最高电流变化率保持一致;在支流馈线连续延伸时，终端故障电流反馈出的电流变化率有一定可能性比负载电流变化率更低。

5.如果车流密度和直流馈线距离都临近于一定值的情况下，最大负载电流在一定程度上不会低于终端短路电流。

二、直流保护系统的基本设计要点

直流牵引供电系统主要选择直流开关装置提供系统保护，在保护系统中，直流断路器根据其功能设定可以区分为馈线断路器和整流断路器。直流馈线断路器的主要作用是为馈线侧提供牵引供电的实时控制与设备保护，能及时切断出现的任何故障;整流断路器的主要作用是为整流侧提供直流输出的实时控制与设备保护，如果整流器出现任何故障，就可以在第一时间将整流器中的全部直流输出切断。直流保护系统基本设计要点如下。

1. 分析屏蔽门和接触网之间的出现的短路故障、隧道电缆支架和接触网之间出现的短路、架空地线和接触网之间出现的短路等特殊故障情况下的保护。

2.在地铁运行过程中，直流保护系统需要最大限度的减少误跳问题，以减少对地铁正常运行的影响，即地铁通过接触网区段时可能产生冲击电流的影响，以及对地铁起动电流和电压的影响。

3.应进一步加强不同保护设计的配合，确保直流系统发生短路故障时可以尽快排除故障，恢复地铁正常运行。

三、地铁牵引供电系统直流馈线保护技术

1.接触网热过载保护

接触网热过载保护属于电流上升率保护的一种辅助保护措施。其基本工作原理是：根据接触网的截面積、电流、长度、电阻率修正常数以及电阻率计算接触网的实际发热量，然后对接触网的空气比热、通风量以及热负荷特性等条件产生的影响进行分析，并根据经验公式将接触网准确的电缆温度计算出来。当电缆温度明显比设定值高时则第一时间发送报警新号，并发出跳闸指令，保护接触网。

2.电流增量保护和电流上升率保护

电流增量保护和电流上升率保护均为地铁直流馈线保护当中的重要组成部分，不但可以有效切除近端短路电流，还可以切断大电流跳闸保护因较小故障不能完全切断的电流远方短路故障。这一保护配置可以在一定程度上规避单独电流增量保护的抑制和单独电流上升率保护的干扰，执行的保护动作一般有延时跳闸和瞬时跳闸两种，早期动作影响高速直流断路器发执行断开指令，而延时跳闸元件主要功能在于识别远程短路电流，并执行跳闸指令。

3.定时过流保护

这一保护一般是电流增量保护和电流上升率保护的一种后备保护手段，其基础功能是排除远程短路故障，动作执行时间一般需要十几秒到几十秒，在进行故障部位排除时会存在一定延迟。在设定保护启动值时，常分为负向设定值和正向设定值两种。

4.自动重合闸

当直流系统发生短路故障时，对装置动作进行保护，等到短路故障彻底排除后，恢复断路器至正常状态，系统恢复正常运行。在自动重合闸装置中，如果线路故障的判定结果为永久性故障，则重合闸不会做出反应;如果变电站接通并跳闸，则应先关闭变电站，然后再打开重合闸;如果线路故障被手动打开，则自动重合闸不做出反应。

总结：直流馈线保护工作的好坏将会对地铁供电系统的稳定和安全产生直接影响。所以，有关设计人员和技术人员应重视对直流牵引供电系统保护的理论与实践研究，精研直流馈线保护系统的基本设计要点和核心技术措施，以有效加强直流馈线系统的保护效率。

参考文献：

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