注册电气工程师

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地铁直流牵引变电所的保护原理

控制过程

1.合闸

合闸的原则是想尽办法让合闸继电器K02受电，使由它驱动得断路器合闸线圈得电，从而使断路器合闸。

正常运行时，断路器处在“分闸”位置，K01继电器的常闭接点闭合，使K83继电器受电，它的常开接点接通。因此当F21继电器延时动作后，11、14这对接点接通，使合闸继电器K02得电，断路器合闸。当继电器F22动作后接通11、14接点，也能使断路器合闸。

但是，它们之间有一定的区别：如果是因为F21动作从而使断路器合闸，那么延时10秒后断路器会自动分闸，在规定的时间内反复三次，断路器合闸不再分开；如果是因为F22继电器动作从而使断路器合闸，，此时F22会闭锁分闸回路，使断路器不会延时分开。

断路器分闸的原则是使分闸继电器K01受电，使由它驱动的断路器分闸线圈得电，从而使断路器分闸。

当断路器合闸后，断路器的辅助接点闭合，使继电器K81受电，经过10秒的延时后，继电器动作，该继电器的15、18接点闭合，而继电器K84的常闭接点接通，因此分闸继电器K01受电，使断路器分闸。

3.8接触网热过负荷保护

接触网热过负荷保护，其保护的目的是消除热过负荷故障，而非短路故障，其工作原理主要是根据接触网的电阻，接触网上流过的电流，计算出接触网的发热量，从而再根据接触网的热负荷特性及环境条件推算出接触网的电缆温度。当测量的电缆温度超过Talarm给出报警，超过Ttrip则跳开给该接触网供电的直流开关。开关跳开后，电缆逐渐冷却，当温度进一步下降，低于Treclosure，则重新合上直流开关。图5给出了接触网热过负荷保护动作的时序图。

4存在的问题

4.1关于多辆列车短时间内相继启动

在接触网的同一供电区段内，若在短时间内出现两辆/多辆列车相继启动，第一辆列车启动引起电流上升率保护或定时限过流保护启动，而另一辆列车的启动恰巧引起电流上升率保护或定时限过流保护跳闸，这种可能性在理论上是存在的。至于解决的方案，英国ENOTRAC公司的观点认为，人工智能或神经元网络可能是最佳的解决办法，具体的实施方法尚不得而知。

4.2关于小电流短路故障

小电流短路故障主要是由于故障点距离牵引所很远，或者，短路点的电弧大引起电阻也增大。两者皆可导致以上介绍的各种保护均无法正确动作。当短路点靠近其中一端的牵引所时，近端短路电流往往较易检测，近端牵引所跳开本所开关并联跳邻所开关；但若短路点位于相邻两个牵引所中间的接触网上，可能发生两个牵引所的保护均无法检测小电流短路故障的问题。对于两个牵引所距离太远的情况，可以从设计上避免；而对于大电弧的情况，笔者认为需要对电弧的特性进行大量的研究，从而给带电弧的电流建立精确的数学模型，使其能够正确地被保护装置所识别。

4.3关于框架保护的选择性

框架保护面临的是小电流接地故障，它易于感知，却无法象大电流短路故障那样易定位。如图1所示，当接地点位于整流器出口的A位置时，只需要跳开交流进线开关105和直流进线开关201即可；当接地点位于B位置时，只需要跳开所有直流开关；当接地点位于C位置时，只需要跳开直流馈线开关214并联跳右邻站的直流馈线开关213。但由于框架保护的电压和电流检测原理都无法给故障定位在A点、B点还是C点，所以选择性较差。小电流接地故障的定位一直是个难题，如同三相交流中性点不接地系统的单相接地故障一样，寻找准确的定位方法还需要进一步的探索。

5结论

目前，地铁直流牵引变电所内配置的直流保护，基本上能够快速切除大多数短路、接地故障，但仍然存在一些世界性的难题。国内保护设备制造商完全有能力制造出目前广泛使用的这些直流保护。

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（责任编辑：xy）

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