DDL保護在城軌供電系統中的應用

閆泊 劉亞濤

摘要：DDL保護作為城軌供電系統中直流饋線的主保護，對保證系統可靠供電有非常重要的作用。該文首先介紹了DDL保護的工作原理，給出了保護動作的邏輯流程圖；接著介紹了DDL保護參數的整定方法，并以西安地鐵運動公園牽混所為例，詳細計算了DDL保護的參數整定值。最后結合現場的實際運行情況，簡述了DDL保護在應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.

關鍵詞：城軌供電系統；直流饋線；DDL保護；整定計算

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

中圖分類號：U224.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0242-02

0 引言

城軌供電系統的安全可靠運行是保證地鐵客運營平穩有序進行的必要條件。而直流饋線保護在保證整個供電系統的安全可靠運行中起著重要作用。早期的城軌供電系統中，直流饋線的主保護通常采用斷路器的本體大電流脫扣保護和過電流保護。但由于該保護方案無法滿足速動性和可靠性，現已逐漸被淘汰。隨著城軌供電技術的發展，目前城軌供電直流饋線保護廣泛采用DDL保護作為主保護。DDL保護是一種反應電流變化趨勢的保護，通過分析電流變化量I、電流變化率di/dt及持續時間來判斷牽引供電系統是否有短路故障。在現場中廣泛應用的SIEMENS的DPU96和Secheron的SEPCOS保護模塊。本文以西安地鐵采用的SEPCOS保護為例，首先介紹了DDL保護的工作原理，并總結給了DDL保護的動作流程圖；接著介紹了DDL保護中各參數的整定方法及原則，并依據西安地鐵的實際運行參數，以運動公園牽混所為例，詳細計算了DDL保護的參數整定值。最后結合現場的運行和調試經驗，簡述了DDL保護在應用過程中存在的問題。

1 DDL保護的工作原理

DDL保護和斷路器本體大電流脫扣保護共同作為城軌供電系統中直流饋線開關柜的主保護，在保證地鐵牽引負荷的正常供電中起著至關重要的作用。DDL保護主要通過分析饋線電流變化率di/dt、電流增量I及故障持續時間t來判斷故障情況。其工作原理為：在系統正常運行期間，保護持續采集并監測直流饋線電流，并計算電流變化率di/dt。一旦檢測到di/dt>E時，則DDL保護啟動。啟動時的電流被作為檢測電流變化量I的起始值。再比較電流變化量I與DDL保護整定參數的關系。若滿足條件，則按相應的動作時限出口跳閘。在保護跳閘信號出口動作前，一旦檢測到電流變化率di/dt

1.1 DDL+I保護

保護啟動后，若檢測出電流增量I大于設定的參數Imax，且持續時間超過設定的時間參數tImax時，則DDL+I保護動作，同時出口跳閘信號。若在保護跳閘信號出口動作前檢測到電流變化率di/dt

1.2 DDL+T保護

從保護啟動時開始計時，經t達到Tmax后，比較此時的電流增量I與設定參數Imin的關系。若I>Imin，則DDL+T保護保護動作，同時出口跳閘信號。在保護跳閘信號出口動作前，一旦檢測到di/d

2 DDL保護的整定原則

2.1 電流變化率E的整定

斜率E（kA/s）是DDL保護的起始門限。電流變化率的啟動值E的整定應該躲過機車啟動時的最大電流變化率，一般設為短路計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保護的返回值，其整定應該小于被保護線路末端發生短路時的電流變化率。

2.3 電流增量Imax的整定

電流增量Imax應躲過機車正常運行時的最大負荷電流，尤其要考慮機車啟動時和過分段絕緣器時的情況，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保護的動作時限，一般設定時限為0～1ms。它表示I保護必須經過tImax的延時，以消除干擾電流的影響。

2.5 電流增量Imin的整定

為保證保護動作的可靠性，電流增量Imin的最大值不應超過線路末端發生短路時，在Tmax時的電流增量，但必須大于正常運行電流。

2.6 延時Tmax的整定

延時Tmax應躲過機車的啟動時間，一般可設為短路時間常數τ的1.5倍，或者短路時di/dt從E到F所需時間的80%。

3 DDL保護整定計算實例

本部分以西安地鐵運動公園牽混所的運行參數為例，計算DDL保護各參數的整定值。

西安地鐵二號線全部上線客車遠期為22輛，線路全長為20.5km，運動公園至鳳城五路為一個供電臂，長度為2.9km，區內行車密度可達3輛。其中單列電客車電機額定功率為2160kW，實測啟動時的峰值電流為1778A，平穩運行時的電流為300A左右。

運動公園牽混所接觸網的額定電壓UN=1500V，供電臂長度為2.9km，根據線路參數，末端短路的總電阻R=341Ω，總電感L=12.5mH。由此可計算出：

⑤計算DDL保護的返回值F：建議采用短路電流上升至2.5τ時的電流變化率di/dt=15kA/s。

⑥計算電流增量Imax：應躲過在此供電臂上的3輛電動列車同時啟動的最大電流，即1778×3=5334A。

⑦計算tImax：取建議值1ms。

⑧計算Imin：應小于穩態短路電流值4398.8A，同時應大于在此供電臂上所有機車平穩運行時的電流，即300×3=900A，為了保證保護動作的可靠性，Imin在取值時留有一定裕度，Imin可設為1000A。

⑨計算Tmax：一般可設為短路時間常數τ的1.5倍，即1.5×36.7=55ms。

4 DDL保護存在的問題

盡管依據理論計算出了DDL保護的參數整定值，但在應用中必須充分結合現場的實際運行情況進行調試。DDL保護在實際應用中主要存在以下問題：①保護定值的配合問題。要充分考慮保護整定值與機車啟動電流或沖擊電流的配合問題。保護應能有效地區分線路末端短路故障、列車正常啟動、過電分段時的沖擊等情況。②軟件設計缺陷。為了減少保護誤跳閘次數，在原來保護軟件的基礎上，作出相應的改進。如原來認為di/dt

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