整流變壓器與整流器之間保護死區(qū)分析

王明飛 趙 雪

（中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都∥第一作者，工程師）

目前，國內地鐵供電系統(tǒng)中壓35 kV交流電源通過整流變壓器和整流器（統(tǒng)稱為整流機組）降壓整流為DC1 500 V電源為列車供電。整流變壓器低壓側通過電纜連接至整流器，由于整流變壓器與整流器之間未設置開關設備，當發(fā)生單相接地故障時，整流變壓器35 kV側保護裝置保護不到此部分，故存在保護死區(qū)問題。本文結合深圳地鐵龍崗線（原3號線）工程具體分析這一問題，并提出解決方案。

1 系統(tǒng)接線

國內地鐵整流變壓器與整流器接線見圖1。整流變壓器（TR）通過35kV開關接入35kV母線；整流變壓器（TR）與整流器（R）之間通過電纜連接；DC 1 500V正極通過直流快速斷路器接入直流系統(tǒng)母線，負極通過手動隔離開關接入直流系統(tǒng)母線。整流變壓器采用干式變壓器，額定變比為35kV／1.18kV／1.18kV，其高壓側采用延邊△接線，低壓側采用Y接線和△接線。

圖1 整流變壓器與整流器接線示意圖

每套整流機組構成12脈波整流。兩套整流機組并聯(lián)運行，構成24脈波整流。

2 整流機組保護配置

2.1 整流變壓器保護設置

2.1.1 整流變壓器35kV進線斷路器保護配置

（1）電流速斷保護；

（2）過電流保護；

（3）零序電流保護；

（4）過負荷保護；

由于體育活動需要場地與體育器材，就需要具備一定經費的投入，只有在體育方面進行經費的投入，幼兒園才能進行體育活動[3]。經過對成都市龍府幼兒園的調查，發(fā)現(xiàn)幼兒園的體育方面的經費一般來自政府的投入和自籌，而幼兒園在體育方面的經費與幼兒園的類別有非常大的關系，成都市幼兒園在體育活動經費的投入方面出現(xiàn)不均衡的情況，一些民辦幼兒園由于體育方面的經費不足，導致活動場地和體育器材都出現(xiàn)短缺的情況，這種情況的出現(xiàn)導致幼兒健康教育方面的目標很難完成。

（5）整流變壓器內部保護（溫度保護）。

2.1.2 保護整定原則

（1）電流速斷保護整定原則：電流速斷保護動作電流應躲過整流變壓器空載合閘時的勵磁涌流，按Izd≥8Ie，t≥0.10s整定（Izd為電流速斷一次整定值，Ie為額定電流）。保護裝置的靈敏度系數(shù)Ksen≥2，按照系統(tǒng)最小運行方式下，保護裝置安裝處兩相短路電流校驗。

（2）過電流保護整定原則：整流機組要求300%額定負荷運行1min，過電流保護動作電流應躲過可能出現(xiàn)的最大負荷電流，按Izd≥4Ie，t≥0.40s整定。保護裝置靈敏度系數(shù)Ksen≥1.5，按照系統(tǒng)最小運行方式下，低壓側兩相短路時流過高壓側（保護安裝處）的短路電流校驗。

（3）零序電流保護整定原則：零序電流保護動作電流應躲過正常運行時出線的最大不平衡電流，按IE≥0.4Igf整定（IE為零序電流整定值，Igf為最大負荷電流）。保護裝置靈敏度系數(shù)Ksen≥2，按照本段線路末端最小短路電流校驗。

（4）過負荷保護整定原則：過負荷保護動作電流應躲過整流變壓器的最大負荷電流，同時考慮繼電器的反時限曲線應與整流變壓器的過載特性曲線相匹配。

（5）溫度保護：整流變壓器溫度保護，130℃報警，150℃跳閘。

2.2 整流器保護設置

（1）快速熔斷器保護；

（2）交流側過電壓保護；

（3）直流側過電壓保護；

（4）換相過電壓保護；

（5）溫度保護；

（6）逆流保護；

（7）框架保護。

2.2.2 保護整定原則

（1）整流器溫度保護，100℃報警，130℃跳閘。

（2）框架保護由直流負極柜保護裝置整定。

（3）整流器其他保護由廠家整定。

3 保護死區(qū)分析

3.1 電流速斷保護

整流變壓器電流速斷保護按照躲過變壓器空載合閘時的勵磁涌流整定，根據(jù)深圳地鐵龍崗線工程的供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計算結果見表1。

表1 整流變壓器電流速斷保護整定

根據(jù)表1，整流變壓器高壓側發(fā)生短路時，保護裝置處最小兩相短路電流為1 718A，電流速斷整定值靈敏度系數(shù)Ksen＞2，電流速斷保護能可靠動作，不存在保護死區(qū)問題。

整流變壓器電流速斷保護按照躲過變壓器勵磁涌流整定，而不是按照通常的配電變壓器應躲過低壓側短路時流過高壓側保護裝置處最大短路電流整定。其主要原因是整流變壓器低壓側未設置開關設備，當整流變壓器低壓側發(fā)生三相或兩相短路時，希望電流速斷保護也能保護得到。

整流變壓器低壓側短路時，流過保護裝置的最大三相電流為578A，最小兩相短路電流為415A，當整流變壓器與整流器之間發(fā)生三相或兩相短路，短路電流大于電流速斷整定值時，電流速斷保護就會動作。

3.2 過電流保護

整流變壓器過電流按照躲過可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定，根據(jù)深圳地鐵龍崗線工程的供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計算結果見表2。

表2 整流變壓器過電流保護整定

由表2知，整流變壓器與整流器之間發(fā)生三相或兩相短路時，流過35 kV保護裝置處的最小兩相電流為415 A，過電流整定值靈敏度系數(shù)Ksen＞1.5，過電流保護能可靠動作，不存在保護死區(qū)問題。

3.3 零序電流保護

根據(jù)《短路電流實用計算》，變壓器的零序電抗與它的型式、構造，以及繞組的接線組別有關。零序電流不能通過中性點不接地或沒有中性線的、接線為星形的變壓器繞組。另外，如果線路終端所接變壓器的繞組為三角形連接，則此線路中也不通零序電流。所以，零序電壓如果加在變壓器中性點不接地，或沒有中性線的星形及三角形連接的變壓器繞組一側（不論另一側如何連接），在這些繞組中都不會產生零序電流。只有當零序電壓加在變壓器中性點直接接地或有中性線的星形繞組一側時，才會產生零序電抗，X0（零序電抗值）才是有限值。

整流變壓器高壓側上一級電源采用110kV／35 kV，YN，d11接線的變壓器，變壓器110kV側中性點直接接地，變壓器35kV側采用接地變壓器通過小電阻接地。整流變壓器進線電源零序回路暢通，當整流變壓器進線側發(fā)生單相短路時，整流變壓器進線35kV斷路器零序電流保護能可靠動作，不存在保護死區(qū)問題。

整流變壓器高壓側采用延邊△接線，低壓側接線分別為Y和△接線，Y接線沒有中性點引出，整流變壓器零序回路不通，當整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路時，35kV側零序電流保護不會動作，故存在保護死區(qū)問題。

3.4 過負荷保護

過負荷電流按照躲過整流變壓器的最大負荷電流整定，過負荷保護不存在保護死區(qū)問題。

4 國內工程現(xiàn)狀

目前，整流變壓器一般設置在單獨的設備間內，整流器一般布置在與整流變壓器相鄰的設備房內，連接電纜的單根長度一般不長，且整流變壓器與整流器之間的電纜采用非鎧裝電纜，故發(fā)生單相短路的故障概率相當?shù)汀?/p>

一旦整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路，整流變壓器35kV側保護無法動作，整流變壓器低壓側系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，非故障相電壓將抬高倍，同時整流器進線缺相，整流器輸出的電壓波形畸變率很高，不利于為列車供電。

5 保護死區(qū)解決方案

當整流變壓器與整流器之間發(fā)生單相短路時，整流變壓器35kV側保護裝置保護不到。建議在整流器進線側設置缺相保護裝置，來解決整流變壓器與整流器之間保護死區(qū)的問題。當檢測到整流器進線三相電源中有一相且僅有一相電源失去后，整流器裝置通過硬接線將跳閘信號傳送給對應的整流變壓器35kV進線開關柜保護裝置，使35kV斷路器跳閘，同時35kV保護裝置聯(lián)跳對應的DC 1 500 V進線斷路器，把故障整流機組有效隔離開來。

6 結語

通過對整流變壓器與整流器之間保護死區(qū)問題的分析，建議在整流器進線電源側加裝缺相保護裝置，來解決整流變壓器與整流器之間保護死區(qū)問題。此方案即簡單又經濟，可有效地保證供電系統(tǒng)的安全運行。

［1］于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設計原理與運用［M］.成都：西南交通大學出版社，2008.

［2］中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［3］李瑞榮.短路電流實用計算［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［4］DL 584—2007 3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規(guī)程［S］.

［5］中鐵二院工程集團有限責任公司.深圳市地鐵龍崗線工程供電系統(tǒng)35kV繼電保護整定計算書［G］.成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2009.