DDL保護(hù)在城軌供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

閆泊 劉亞濤

摘要：DDL保護(hù)作為城軌供電系統(tǒng)中直流饋線的主保護(hù)，對(duì)保證系統(tǒng)可靠供電有非常重要的作用。該文首先介紹了DDL保護(hù)的工作原理，給出了保護(hù)動(dòng)作的邏輯流程圖；接著介紹了DDL保護(hù)參數(shù)的整定方法，并以西安地鐵運(yùn)動(dòng)公園牽混所為例，詳細(xì)計(jì)算了DDL保護(hù)的參數(shù)整定值。最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，簡(jiǎn)述了DDL保護(hù)在應(yīng)用過程中存在的問題。

Abstract： DDL protection， as the main protection of feeder line in subway DC power supply system， plays an important role in ensuring reliable power supply. Firstly， this paper introduces the principle of DDL protection， shows the logical flow chart of DDL protection， then introduces the tuning method and principle of each parameter in the DDL protection. According to actual operating parameters of Xi'an Metro， this paper calculates the parameter of DDL protection detailedly taking the Sports Park traction combined substation for example. Finally， several problems existing in the application of DDL protection are proposed briefly.

關(guān)鍵詞：城軌供電系統(tǒng)；直流饋線；DDL保護(hù)；整定計(jì)算

Key words： subway power supply system；DC feeder line；DDL protection；tuning calculation

中圖分類號(hào)：U224.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0242-02

0 引言

城軌供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是保證地鐵客運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)有序進(jìn)行的必要條件。而直流饋線保護(hù)在保證整個(gè)供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行中起著重要作用。早期的城軌供電系統(tǒng)中，直流饋線的主保護(hù)通常采用斷路器的本體大電流脫扣保護(hù)和過電流保護(hù)。但由于該保護(hù)方案無法滿足速動(dòng)性和可靠性，現(xiàn)已逐漸被淘汰。隨著城軌供電技術(shù)的發(fā)展，目前城軌供電直流饋線保護(hù)廣泛采用DDL保護(hù)作為主保護(hù)。DDL保護(hù)是一種反應(yīng)電流變化趨勢(shì)的保護(hù)，通過分析電流變化量I、電流變化率di/dt及持續(xù)時(shí)間來判斷牽引供電系統(tǒng)是否有短路故障。在現(xiàn)場(chǎng)中廣泛應(yīng)用的SIEMENS的DPU96和Secheron的SEPCOS保護(hù)模塊。本文以西安地鐵采用的SEPCOS保護(hù)為例，首先介紹了DDL保護(hù)的工作原理，并總結(jié)給了DDL保護(hù)的動(dòng)作流程圖；接著介紹了DDL保護(hù)中各參數(shù)的整定方法及原則，并依據(jù)西安地鐵的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，以運(yùn)動(dòng)公園牽混所為例，詳細(xì)計(jì)算了DDL保護(hù)的參數(shù)整定值。最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)述了DDL保護(hù)在應(yīng)用過程中存在的問題。

1 DDL保護(hù)的工作原理

DDL保護(hù)和斷路器本體大電流脫扣保護(hù)共同作為城軌供電系統(tǒng)中直流饋線開關(guān)柜的主保護(hù)，在保證地鐵牽引負(fù)荷的正常供電中起著至關(guān)重要的作用。DDL保護(hù)主要通過分析饋線電流變化率di/dt、電流增量I及故障持續(xù)時(shí)間t來判斷故障情況。其工作原理為：在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，保護(hù)持續(xù)采集并監(jiān)測(cè)直流饋線電流，并計(jì)算電流變化率di/dt。一旦檢測(cè)到di/dt>E時(shí)，則DDL保護(hù)啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)的電流被作為檢測(cè)電流變化量I的起始值。再比較電流變化量I與DDL保護(hù)整定參數(shù)的關(guān)系。若滿足條件，則按相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)限出口跳閘。在保護(hù)跳閘信號(hào)出口動(dòng)作前，一旦檢測(cè)到電流變化率di/dt

1.1 DDL+I保護(hù)

保護(hù)啟動(dòng)后，若檢測(cè)出電流增量I大于設(shè)定的參數(shù)Imax，且持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間參數(shù)tImax時(shí)，則DDL+I保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)出口跳閘信號(hào)。若在保護(hù)跳閘信號(hào)出口動(dòng)作前檢測(cè)到電流變化率di/dt

1.2 DDL+T保護(hù)

從保護(hù)啟動(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)t達(dá)到Tmax后，比較此時(shí)的電流增量I與設(shè)定參數(shù)Imin的關(guān)系。若I>Imin，則DDL+T保護(hù)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)出口跳閘信號(hào)。在保護(hù)跳閘信號(hào)出口動(dòng)作前，一旦檢測(cè)到di/d

2 DDL保護(hù)的整定原則

2.1 電流變化率E的整定

斜率E（kA/s）是DDL保護(hù)的起始門限。電流變化率的啟動(dòng)值E的整定應(yīng)該躲過機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的最大電流變化率，一般設(shè)為短路計(jì)算初始斜率值的一半。

2.2 電流變化率F的整定

斜率F（kA/s）是DDL保護(hù)的返回值，其整定應(yīng)該小于被保護(hù)線路末端發(fā)生短路時(shí)的電流變化率。

2.3 電流增量Imax的整定

電流增量Imax應(yīng)躲過機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流，尤其要考慮機(jī)車啟動(dòng)時(shí)和過分段絕緣器時(shí)的情況，可在最大牽引電流和短路電流之間選取。

2.4 tImax的整定

tImax是DDL+I保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，一般設(shè)定時(shí)限為0～1ms。它表示I保護(hù)必須經(jīng)過tImax的延時(shí)，以消除干擾電流的影響。

2.5 電流增量Imin的整定

為保證保護(hù)動(dòng)作的可靠性，電流增量Imin的最大值不應(yīng)超過線路末端發(fā)生短路時(shí)，在Tmax時(shí)的電流增量，但必須大于正常運(yùn)行電流。

2.6 延時(shí)Tmax的整定

延時(shí)Tmax應(yīng)躲過機(jī)車的啟動(dòng)時(shí)間，一般可設(shè)為短路時(shí)間常數(shù)τ的1.5倍，或者短路時(shí)di/dt從E到F所需時(shí)間的80%。

3 DDL保護(hù)整定計(jì)算實(shí)例

本部分以西安地鐵運(yùn)動(dòng)公園牽混所的運(yùn)行參數(shù)為例，計(jì)算DDL保護(hù)各參數(shù)的整定值。

西安地鐵二號(hào)線全部上線客車遠(yuǎn)期為22輛，線路全長(zhǎng)為20.5km，運(yùn)動(dòng)公園至鳳城五路為一個(gè)供電臂，長(zhǎng)度為2.9km，區(qū)內(nèi)行車密度可達(dá)3輛。其中單列電客車電機(jī)額定功率為2160kW，實(shí)測(cè)啟動(dòng)時(shí)的峰值電流為1778A，平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的電流為300A左右。

運(yùn)動(dòng)公園牽混所接觸網(wǎng)的額定電壓UN=1500V，供電臂長(zhǎng)度為2.9km，根據(jù)線路參數(shù)，末端短路的總電阻R=341Ω，總電感L=12.5mH。由此可計(jì)算出：

⑤計(jì)算DDL保護(hù)的返回值F：建議采用短路電流上升至2.5τ時(shí)的電流變化率di/dt=15kA/s。

⑥計(jì)算電流增量Imax：應(yīng)躲過在此供電臂上的3輛電動(dòng)列車同時(shí)啟動(dòng)的最大電流，即1778×3=5334A。

⑦計(jì)算tImax：取建議值1ms。

⑧計(jì)算Imin：應(yīng)小于穩(wěn)態(tài)短路電流值4398.8A，同時(shí)應(yīng)大于在此供電臂上所有機(jī)車平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的電流，即300×3=900A，為了保證保護(hù)動(dòng)作的可靠性，Imin在取值時(shí)留有一定裕度，Imin可設(shè)為1000A。

⑨計(jì)算Tmax：一般可設(shè)為短路時(shí)間常數(shù)τ的1.5倍，即1.5×36.7=55ms。

4 DDL保護(hù)存在的問題

盡管依據(jù)理論計(jì)算出了DDL保護(hù)的參數(shù)整定值，但在應(yīng)用中必須充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)試。DDL保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下問題：①保護(hù)定值的配合問題。要充分考慮保護(hù)整定值與機(jī)車啟動(dòng)電流或沖擊電流的配合問題。保護(hù)應(yīng)能有效地區(qū)分線路末端短路故障、列車正常啟動(dòng)、過電分段時(shí)的沖擊等情況。②軟件設(shè)計(jì)缺陷。為了減少保護(hù)誤跳閘次數(shù)，在原來保護(hù)軟件的基礎(chǔ)上，作出相應(yīng)的改進(jìn)。如原來認(rèn)為di/dt

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