直流牵引供电系统继电保护整定计算方法

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1、专业知识分享版直流牵引供电系统继电保护整定计算方法摘要：分析了地铁直流牵引供电系统的故障特征和直流牵引系统的馈线保护配置及原理，提出了直流牵引供电系统馈线保护的整定计算方法。关键词：地铁；直流；保护；整定计算0引言直流保护对地铁直流牵引供电系统运行的安全性和可靠性起着极其重要的作用。由于直流牵引供电系统和直流保护自身的特殊性，保护的整定计算复杂、配合困难，且没有成熟的计算方法可以参考借鉴，如何才能得到理想的直流保护定值是地铁供电系统继电保护工作者长期以来的研究课题。1直流短路故障特性地铁直流牵引供电系统由整流机组、直流开关柜、直流电缆、牵引网等部分组成。直流系统的短路分

2、析方法是RL回路的暂态响应分析，基本理论是戴维南定理与叠加定理，短路电流I=U(1-e-t/τ)/R（时间常数τ=L/R），di/dt=Ue-t/τ/L。直流短路的显著特征之一是回路电阻和电感参数的大小对短路电流的大小和特性影响非常大，因此接触网近、中远端的故障电流特性有很大差别。1.1馈线近端短路特性短路点距变电所越近，电流上升率越大，短路电流也越大。当接触网发生近端短路时，预期短路电流峰值一般可达80kA以上，初始电流上升率di/dt可达5kA/ms以上，如不快速切除，短路电流将在极短时间内上升到最大值，对系统和设备造成极大危害，因此必须在短路电流达到峰值之前快速切

3、除。牵引变电所近端短路特性如图1所示。1.2中远端短路特性中远端的短路电流，由于线路电感的作用，τ值增大，短路电流变化相对缓慢，初始上升率较小，中远端短路特性示意图略。2馈线的保护配置及原理2.1保护配置方案由于近端和中远端的短路故障特性差异较大，单一的一种保护难以兼顾速动性与选择性的要求，需要根据直流系统近端以及中、远端的故障特征分别配置相应的保护。直流馈线配备如下保护：大电流脱扣保护（断路器本体DA保护）；ΔI、di/dt保护；热过负荷保护；双边联跳保护。其中最重要的是大电流脱扣保护和ΔI、di/dt保护，两者分别作为接触网近端和中远端的主保护。2.2保护原理直流快

4、速断路器本体的大电流脱扣保护，作为接触网近端短路的主保护，采用磁脱扣原理，其机械响应时间和全分断时间（燃弧熄灭时间）均与电流变化率有关，当直流短路电流上升率达到5kA/ms时，直流快速断路器的机械响应时间只有3～4ms，全分断时间（燃弧熄灭时间）为25ms左右。断路器能在短路电流达到峰值之前快速切断以限制短路电流。近端短路断路器分断电流波形如图2所示。对于中远端短路故障，由于短路电流上升率di/dt较小，大电流脱扣保护动作时间相对较长，灵敏度也不高，直流馈线配备采用微处理器构成的反应电流增量的ΔI保护和电流上升率的di/dt保护，分别作为接触网中、远距离短路故障的主保护

5、。ΔI保护是在电流上升率di/dt高于整定值的条件下检测电流增量，在到达峰值电流之前检测到短路。当di/dt高于整定值，保护装置启动，并开始计算ΔI，保护装置启动时刻的电流作为基值。达到ΔI延时后，若ΔI达到ΔI整定值（ΔItrip），则保护装置动作。ΔI保护装置动作特性及跳闸逻辑如图使命：加速中国职业化进程专业知识分享版3所示。图中曲线2和曲线3满足动作条件，保护装置判断为故障，动作跳闸；曲线１和4都不满足动作条件，因此不跳闸。di/dt保护通过检测di/dt检测到远端短路。当di/dt高于整定值，保护装置启动，若di/dt持续超过定值一段时间（di/dt延时）后，则

6、保护出口跳闸。di/dt保护装置动作特性及跳闸逻辑如图4所示。图中第1种情况满足跳闸条件，出口跳闸；第2种情况不满足跳闸条件，因此不跳闸。不同厂家的保护装置动作原理和整定参数稍有不同，但没有本质差别。3整定配合计算方法整定值是否适用是直流保护装置能否发挥作用的关键因素之一。为得到理想的保护定值，必须进行短路计算和保护校核计算。3.1直流短路计算短路计算目的是确定直流馈线保护定值并进行灵敏度校验。主要计算直流牵引供电系统在各种运行方式下接触网-回流轨和接触网-架空地线短路在某一时刻的短路电流I及其变化率di/dt。采用的基本理论和方法是戴维南定理与叠加定理，及RL动态回路

7、的暂态响应分析方法。短路计算的关键是回路总电阻R和总电感L的确定。因接触网-回流轨和接触网-架空地线2种故障的短路电流流回牵引变电所的路径不同，R和L的计算有所不同。3.2馈线保护的整定计算3.2.1大电流脱扣（DA直接脱扣保护）整定（1）首先按躲开馈线最大负荷电流计算整定初值。（2）为保证选择性，DA定值还应与相邻供电区间近端短路时的保护配合，不致越区跳闸。（3）供电臂两侧的馈线保护定值应相同。取同时满足以上几个条件的最大值作为馈线的DA保护定值。3.2.2di/dt保护（di/dt、di/dtduration）整定（1）di/dt初始