地铁直流牵引供电系统馈线保护方法

地铁直流牵引供电系统馈线保护方法

李沛

李沛

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要:地铁供电系统的安全可靠性是地铁运营的核心保障，在其发生故障时，必须第一时间准确、有序应对，最大限度减少对地铁正常运营的影响。本文根据多年工作实践，对地铁直流牵引供电系统的馈线保护技术进行分析，供同行借鉴。

关键词:地铁；直流；牵引；供电系统；馈线保护；方法

引言

当前，世界各国地铁都是采用电力牵引，供电系统除了为地铁车辆提供牵引动力的同时，还为地铁内部的通风空调系统、电扶梯、屏蔽门、通信、信号系统、自动售检票系统、照明及消防设施等提供电能。因此可见，供电系统的重要性。地铁电力调度是地铁供电系统的运行、检修和事故抢修的指挥者，在供电系统设备发生故障时，能否及时准确地进行应急处理，尽快恢复正常供电，是非常值得我们去研究的课题之一。

一、地铁供电故障应急处理所注意的事项及原则

（一）故障处置时的注意事项

1.电力调度是供电系统设备应急抢修的总指挥。供电系统发生事故时，现场抢修人员必须服从当值电力调度员的统一指挥，根据电力调度命令执行抢修任务。2.应急抢修应做好安全控制，防止忙中出错，严格按停电作业的程序和规章制度办事。

（二）基本原则

1.变电所故障的处置原则

变电所发生故障中断供电，应设法改变供电运行方式，迅速恢复对接触网、车站1级、2级负荷的供电。

2.接触网故障的处理原则

接触网应急抢修应遵循“先通后复，先通一路”的原则，以最快的速度设法先行送电，疏通线路和及早恢复设备正常的技术状况。

3.供电系统故障处理原则

当地铁供电系统发生故障时，应按照以下原则处理：（1）限制事故的扩大，消除事故的根源，迅速解除对人身及设备安全的威胁；（2）最大限度地缩短停电时间，保持接触网和各车站的不间断供电；（3）尽快恢复系统的正常供电方式。

二、城市轨道交通牵引供电系统

国内外普遍采用的城市轨道交通牵引供电系统的类型多为交流25千伏以及直流1500伏两种形式，现在也逐渐兴起了将这两种供电制式相结合的模式，称为双制式供电系统。牵引供电系统主要是为了提供电动机车、轻轨、地铁的用电，采用牵引网络进行电流输送。这一系统是电流输出形式、电压强度，以及供电系统类型的集合。城市軌道交通供电系统将直接影响到市民的出行安全、工程项目可以申请的规格、项目搭建标准、工程可融资金等问题，所以正逐渐引起国内外广大学者的关注。下面主要针对牵引供电系统的直流制和交流制分别进行简单的介绍。

（一）直流制

城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流1500伏特的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式，若出现线路故障则换用大双边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果。此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制。直流制式可以很好的将电能分流到各个网络，且可以进行较远距离的传输，但是由于它的变电模式，导致可以提供的供电距离较短，会增加一部分设备投资成本，此外该系统传输速率较低。综上，此系统并没有很强的优势可言

（二）交流制

交流制式的牵引供电系统，则采用25千伏特的交流电进行传输，牵引变电所多采用单向的“电压—电压”相接方式，变电所内装配有两部变压器，这两部变压器多采用双绕组的单相变压方式，它们结合在一起构成了一角开口的三角形结构，其中被接入电网的端口是高压侧的两个开口端以及一个公共端口，接地的一端是低压侧的公共端，其他两个开口端分别与牵引侧母线相接。对于降压系统而言，除了终端降压以外，在线路的区间内也设置了加压系统，方便区间内的设备照明使用。但是因为该系统长时间处在动态取流的状态，接触压力极大，所以采用交流制牵引供电方式对设备的耐磨损要求极高。

三、地铁直流牵引供电系统馈线保护技术

（一）直流牵引供电系统接地技术和保护配置

因为城市轨道交通中的直流牵引供电系统中存在严重的迷流问题，所以必须要能够在机组的直流负极和正极中设置对地绝缘保护。如果让轨道交通中供电系统中的负极直接接地，直流电源的负极很容易出现通过地网回流迷流回路，这样不仅会很大程度减低迷流回路的电阻，而且还将会对相关的金属设备产生非常大的危害。此外，当直流牵引负极在直流设备出现短路的时候接触到地面，这样就会形成直流电源设备出现严重的短路现象，严重的时候会产生上千安的电流冲击，当保护装置不能够把故障设备和其他设备的连接进行切断的时候，会严重威胁到直流牵引供电系统的安全。为了避免出现上述问题，在进行城市轨道直流牵引供电系统设计的时候，要能够把直流正负极设置成绝缘状态，这样不仅能够对降低迷流对供电系统的威胁，而且还能够防止出现严重的短路的危害。

（二）城市轨道交通直流牵引供电系统漏电保护技术的探讨

根据相关的研究分析，城市轨道交通直流牵引供电系统中漏电保护技术主要有3个方面：1.在城市轨道车站中建设相关的接地轨，桥体通过和接地轨的连接能够帮助直流供电系统良好的接地得到实现，当轨道交通进入到车站之后，能够做到良好的接地，从而释放出在内运行过程中产生的大量的电荷，对轨道交通的相关设备和乘客的人身安全进行保障；2.把接地轨架设到城市轨道交通的全程，这种供电系统漏电保护技术能够让轨道交通运行的全过程都处于接地的状态，这样轨道交通不易在运行的过程中产生静电电荷，是对轨道列车最全面最可靠的保护；3.把负极轨和轨道车体进行连接，然后把负极轨设置到牵引变电所的接地的地方。这种直流牵引供电系统漏电保护技术不仅能够防止列车在运行的时候积累静电电荷，而且还节省了接地轨的建设。但是这种技术对列车的保护装置和电气绝缘有着很高的要求。

（三）自动重合闸

一般情况，直流短路故障瞬时性较为突出，故障排除后可在短时间内就恢复正常供电。直流系统短路故障发生时，保护装置进行保护，短路故障排除之后，需将断路器重新合闸，方能使系统运行恢复正常。自动重合闸是实现这一动作的理想保护装置。动作原理是：直流牵引网瞬间事故排除后，实现断路器闸的重新闭合，提升系统供电恢复的时效性及可靠性。此外，还需保证自动重合闸自身没有故障，防止重合闸因为短路次数进行多次分合闸后降低使用的寿命，亦或是导致断路器主触头的损坏，故此，需在重合闸之前进行故障线路的检测，确保故障排除后进行重合闸动作。若整定值低于重合闸次数，那么，可做系统永久性故障之诊断，将关闭重合闸的回路。

四、结束语

现阶段，我国地铁供电系统中的保护措施能够准确、迅速的对短路故障进行切除。供电故障对地铁行车影响很大，电调在发生供电故障后，能够及时、正确地采取措施，恢复重要设备的供电，就能将事故影响和损失降到最低。希望通过此篇文章抛砖引玉，和各位同行积极探讨，共同确保地铁供电安全。

参考文献：

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[2]刘煜，何晓凤，张渺，等.城市轨道交通运营安全[M].重庆：重庆大学出版社，2013.

[3]岳巍.新型牵引供电系统初探[J].城市建设理论研究（电子版），2014（36）：4413～4414.