四號線DC1500V開關保護定值匹配淺析

蔣小聰 曾玉晶 肖德將

摘要：四號線開通運營至今已將近10年，投入運行的車輛由最初的2列增加到現在的大小交路的23列（16+7），乘客也由寥寥可數到目前需要在新造—黃村段開行小交路才能有效疏導局部大客流。隨著牽引負荷的增大，DC1 500 V開關柜電流也在增加，特別是線網發生過多次DC1 500 V開關因保護定值與負荷不匹配誤跳閘事件，故有必要對四號線DC1 500 V開關柜保護定值匹配性進行分析?，F從實際運行數據入手，結合保護整定值，分析定值匹配情況，提出了確保DC1 500 V開關可靠安全供電的建議，為四號線地鐵供電系統的持續、穩定運行提供了一定的參考。

關鍵詞：DC1 500 V開關;運行;保護定值;匹配

0? ? 引言

在地鐵供電系統中，牽引負荷與上線列車及乘客數量有關，也與列車行駛狀態（如提速、上坡）及切換接觸軌絕緣分段等有關，故波動較大。需要注意的是，開關柜電流整定值應小于線路末端接觸網對地短路時的最小短路電流，同時需大于列車正常運行時的電流和時間（在線路的末端開關柜，因單邊供電，需適當增大）;過負荷保護定值以躲過線路上最大負荷為整定原則。

隨著四號線客流及上線列車的增多、負荷的增大，需對四號線DC1 500 V開關柜保護定值匹配進行分析。

1? ? 過流、過負荷保護匹配分析

四號線目前黃村—新造段最小行車間隔較短，負荷電流最大值將出現在此區段，本文主要對此段站點的開關運行情況進行分析。

高峰期運行時饋線開關負荷電流：高峰期檢測到最大運行電流約為2 200 A。

列車重載電流：如圖1所示，四號線列車單列車重載啟動電流最大為2 200 A，且列車在16 s內達到速度最大值。

2? ? Imax+保護及過負荷保護整定匹配分析

2.1? ? 安全性分析

由表1得四號線Imax+過電流整定值為4 500 A，延時整定為30 s。由前文可知，現階段四號線饋線開關電流值最大在2 200 A左右，小于整定值4 500 A，符合現運行要求。但在故障情況下（合上越區隔離開關進行單邊供電），按照區間內3臺列車重載全速啟動，此時的饋線開關電流達到2 200×3=6 600 A，大于保護定值4 500 A，但重載列車能在16 s內達到速度最大值，小于Imax+保護的延時整定30 s，故可躲開列車取流最大值，避免開關的誤動作，符合安全性要求。

2.2? ? 可靠性分析

Imax+保護整定原則是躲過線路最大負荷電流，在發生線路遠端短路時，可靠跳閘切除故障回路。考慮四號線最長供電臂合上一個越區隔離開關進行單邊供電的情況（只有慶盛—蕉門段，長度約為9 km），用簡化的經驗公式對遠端短路電流進行計算（圖2）。

慶盛單邊對蕉門方向供電情況下，蕉門末端短路時，慶盛（虛線框）和東涌（實線框）同時對短路點供電。為了簡單、直觀地計算短路電流，僅考慮慶盛牽引所對故障點進行供電。

（1）考慮上下行鋼軌設均流電纜，4條鋼軌并聯回流：

式中，Kr為內阻系數，短路點離牽引所>400 m，Kr取1;ud為牽引變壓器短路阻抗比;UN為直流側額定電壓;0.9為牽混所變壓器與整流器匹配系數;n為牽引整流機組數;ST為變壓器容量。

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.09）≈7 395 A

式中，U為牽引變電所母線電壓;R1為接觸軌電阻，R1=0.072 83 Ω;R2為鋼軌電阻，R2=0.09 Ω。

（2）考慮上下行鋼軌設置的均流電纜失效情況下，僅有2條鋼軌并聯：

Ik=U/（Req+R1+R2）=1 500/（0.04+0.072 83+0.18）≈5 122 A

遠端短路故障的電流最小值為5 122 A，大于4 500 A保護整定值，故目前四號線Imax+定值能在遠端短路故障時可靠動作。

2.3? ? 過負荷分析

過負荷整定為2 900 A，延時30 min，其熱量計算公式如下：

式中，τ為時間常數。

設置θt0=80%為報警門限，當θt達到此值時，Sepcos發報警信號。如負荷繼續增加到θt≥101%，保護裝置發跳閘信號使斷路器分閘。

觀測了全線的饋線開關Sepcos裝置，現階段θt處于5%至12%的范圍，故目前過負荷整定值符合安全可靠運行要求。

3? ? 結語

綜上，四號線DC1 500 V開關柜整定值與現階段列車上線數量、牽引取流等匹配良好，保護誤動作概率非常小;保護整定保護范圍廣，能有效切除遠端線路故障，安全、可靠性高。

[參考文獻]

[1] 周娟.地鐵供電系統可靠性研究[J].信息系統工程，2019（5）：79.

[2] 王宇.地鐵直流牽引供電保護技術試論[J].建材與裝飾，2016（37）：194-195.

[3] 趙勝豪.軌道交通直流斷路器故障跳閘案例分析[J].現代機械，2016（4）：76-79.

[4] 李富強，劉煒，王競，等.直流牽引供電系統短路故障計算[J].電氣化鐵道，2018（S1）：85-89.

[5] 趙春波.城市軌道交通DC1 500 V牽引供電系統短路故障研究[J].中國高新科技，2019（11）：108-110.

收稿日期：2020-04-30

作者簡介：蔣小聰（1981—），男，廣東湛江人，城市軌道交通供電助理工程師，研究方向：城市軌道交通供電。