城市軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行與管理

過(guò)電壓防護(hù)

一過(guò)電壓類型二目錄過(guò)電壓保護(hù)三城軌供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)四鋼軌電位限制裝置學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：（1）熟悉過(guò)電壓的類型。（2）了解過(guò)電壓保護(hù)的概念。（3）掌握城軌供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)的方法。（4）掌握鋼軌電位限制裝置原理。能力目標(biāo)：（1）會(huì)分析過(guò)電壓現(xiàn)象。（2）會(huì)解釋不同類型的過(guò)電壓保護(hù)措施。（3）會(huì)解釋鋼軌電位限制裝置的原理，會(huì)分析其與直流框架保護(hù)的不同。素質(zhì)目標(biāo)：（1）培養(yǎng)系統(tǒng)思維意識(shí)。（2）樹(shù)立安全第一、預(yù)防為主的意識(shí)。

01過(guò)電壓類型一、過(guò)電壓類型過(guò)電壓按引起的原因不同分為大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。由雷電引起的過(guò)電壓叫做大氣過(guò)電壓；電力系統(tǒng)中內(nèi)部操作或故障引起的過(guò)電壓叫內(nèi)部過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓；內(nèi)部過(guò)電壓分為工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。1．雷電過(guò)電壓由雷電引起的過(guò)電壓叫做雷電過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓是指雷電直接對(duì)電氣設(shè)備或線路放電，可引起電氣設(shè)備或線路損毀。感應(yīng)雷過(guò)電壓是指雷電雖然沒(méi)有直接擊中電氣設(shè)備或線路，但是由于大氣中的雷云電荷作用，在電力系統(tǒng)的架空線路上感應(yīng)出異種電荷。一、過(guò)電壓類型2．內(nèi)部過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓是指電氣設(shè)備和電力線路在運(yùn)行中有時(shí)要改變運(yùn)行方式，如停送電操作、系統(tǒng)短路跳閘、斷線接地等都會(huì)引起電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的局部變化而形成的過(guò)電壓。（1）工頻過(guò)電壓工頻過(guò)電壓包括工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓和工頻暫態(tài)過(guò)電壓。①工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓主要是指空載長(zhǎng)線路末端的電壓升高，在三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，其它兩相對(duì)地電壓的升高。②工頻暫態(tài)過(guò)電壓是指當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)突然跳閘，甩掉大量負(fù)荷后，在發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器及調(diào)壓器來(lái)不及起作用的短暫瞬間內(nèi)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升而引起的電壓升高。一、過(guò)電壓類型2．內(nèi)部過(guò)電壓（2）操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓包括分合空載長(zhǎng)線路引起的過(guò)電壓，投退空載變壓器引起的過(guò)電壓以及中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相弧光接地過(guò)電壓。（3）諧振過(guò)電壓由電感和電容元件串聯(lián)，當(dāng)感抗與容抗接近相等時(shí)，即構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電感或電容上的電壓將遠(yuǎn)大于電源電壓，形成過(guò)電壓。根據(jù)諧振時(shí)的不同特點(diǎn)，諧振過(guò)電壓可分為線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓和參數(shù)諧振過(guò)電壓。02過(guò)電壓保護(hù)二、過(guò)電壓保護(hù)1．雷電過(guò)電壓保護(hù)（1）變電所的直擊雷保護(hù)可采用避雷針或避雷線，戶外安裝的變壓器設(shè)置獨(dú)立的避雷針。（2）具有35kV及以上電纜進(jìn)線段的變電所，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)避雷器，其接地端應(yīng)與電纜金屬外皮連接，以防止雷電波侵入。對(duì)三芯電纜，其末端的金屬外皮應(yīng)直接接地；對(duì)單芯電纜，可經(jīng)金屬氧化物電纜護(hù)層保護(hù)器或保護(hù)間隙接地；連接電纜段的1km架空線應(yīng)架設(shè)避雷線。（3）有效接地系統(tǒng)中的中性點(diǎn)不接接地變壓器，如中性點(diǎn)采用分級(jí)絕緣且未裝保護(hù)間隙，應(yīng)在中性點(diǎn)裝設(shè)雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置，且宜選變壓器中性點(diǎn)設(shè)金屬氧化物避雷器。（4）35kV～110kV變電所，在母線上或進(jìn)線上裝設(shè)避雷器。（5）35kV配電變壓器，其高壓及低壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)避雷器保護(hù)。（6）10kV配電裝置，應(yīng)在每組母線和架空進(jìn)線上裝設(shè)避雷器。（7）10kV配電系統(tǒng)的配電變壓器應(yīng)裝設(shè)避雷器，避雷器應(yīng)靠近變壓器裝設(shè)，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)以及金屬外殼等連在一起接地。二、過(guò)電壓保護(hù)2．內(nèi)部過(guò)電壓保護(hù)（1）工頻過(guò)電壓保護(hù)對(duì)110kV以下系統(tǒng)一般不需要采取專門措施限制工頻過(guò)電壓。（3）過(guò)電壓限制裝置①小電阻接地系統(tǒng)應(yīng)選用金屬氧化物避雷器。②不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中諧振過(guò)電壓和間隙性電弧接地過(guò)電壓的可能性及其嚴(yán)重程度，可選用有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器、碳化硅閥式避雷器，或無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。（2）諧振過(guò)電壓保護(hù)限制諧振過(guò)電壓首先要適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)的參數(shù)，首先應(yīng)避免諧振發(fā)生，出現(xiàn)諧振時(shí)要縮短諧振存在的時(shí)間，降低諧振的振幅，削弱諧振的影響，一般是采用電阻阻尼進(jìn)行抑制。03城軌供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)三、城軌供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)1．地下線變電所雷電過(guò)電壓保護(hù)與變電所設(shè)于地面還是地下密切相關(guān)，也與其以電源線路的引入和引出采用架空還是電纜線路關(guān)系密切。地下線所設(shè)置的牽引變電所和降壓變電所一般位于地下，不考慮雷電過(guò)電壓?jiǎn)栴}，只考慮內(nèi)部過(guò)電壓保護(hù)措施。（1）在變壓器及其保護(hù)斷路器之間設(shè)置避雷器或阻容吸收裝置。（2）變壓器低壓側(cè)宜采用避雷器保護(hù)。（3）若中壓母線設(shè)置帶有開(kāi)口三角形零序回路的電壓互感器，應(yīng)采用阻尼電阻保護(hù)。（4）為防止走行軌電位超過(guò)允許值，應(yīng)設(shè)置鋼軌電位限制裝置。三、城軌供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)2．地面及高架線變電所（1）變電所由車站建筑統(tǒng)一考慮直擊雷的防護(hù)。（2）變電所每段中壓母線設(shè)置避雷器保護(hù)。（3）在變壓器及其保護(hù)斷路器之間設(shè)置避雷器或阻容吸收裝置。（4）若中壓母線設(shè)置帶有開(kāi)口三角形零序回路的電壓互感器，應(yīng)采用阻尼電阻保護(hù)。（5）變電所低壓母線設(shè)I級(jí)SPD浪涌保護(hù)器實(shí)施保護(hù)。（6）直流開(kāi)關(guān)柜正極和負(fù)極母線均設(shè)避雷器保護(hù)。（7）為防止走行軌電位超過(guò)允許值，設(shè)置鋼軌電位限制裝置。（8）對(duì)于地上區(qū)間變電所，需單獨(dú)采取防直擊雷。車輛段、停車場(chǎng)的變電所過(guò)電壓保護(hù)方案分別與地面及高架線路變電所基本一致。3．車輛段、停車場(chǎng)04鋼軌電位限制裝置四、鋼軌電位限制裝置1．工作原理對(duì)于走行軌回流的直流牽引供電系統(tǒng)，正常運(yùn)行狀態(tài)下，供電分區(qū)內(nèi)列車運(yùn)行時(shí)，走行軌中流過(guò)牽引負(fù)荷電流，走行軌產(chǎn)生對(duì)地電位。當(dāng)發(fā)生某些故障時(shí)，可能會(huì)引起走行軌對(duì)地電位的陡升，如接觸網(wǎng)與走行軌發(fā)生金屬接觸短路，接觸網(wǎng)對(duì)架空地線(地)發(fā)生金屬接觸故障，直流設(shè)備發(fā)生框架泄漏故障等。鋼軌電位限制裝置監(jiān)視走行軌與地之間的電壓，如果該電壓超過(guò)預(yù)定的值，鋼軌電位限制裝置動(dòng)作，將走行軌短時(shí)接地，同時(shí)鋼軌電位限制裝置監(jiān)視走行軌與地之間的電流，當(dāng)該電流低于預(yù)定值時(shí)，鋼軌電位限制裝置將自動(dòng)復(fù)位，斷開(kāi)走行軌對(duì)地的連接。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定利用走行軌回流且在最大負(fù)載時(shí)，走行軌上任意一點(diǎn)對(duì)地電位不大于90V。四、鋼軌電位限制裝置1．工作原理當(dāng)正線區(qū)間出現(xiàn)正極接地故障時(shí)，走行軌電位可能超過(guò)限定值而使鋼軌電位限制裝置導(dǎo)通，鋼軌電位限制裝置將流過(guò)接地故障電流，為避免接觸器觸頭被燒損，鋼軌電位限制裝置的設(shè)計(jì)采用了晶閘管加接觸器的技術(shù)，如圖5.2.1所示。四、鋼軌電位限制裝置2．與直流框架泄漏保護(hù)的關(guān)系直流框架泄漏保護(hù)用來(lái)保護(hù)直流設(shè)備正極碰殼或?qū)Φ亟^緣損壞，設(shè)有電壓和電流動(dòng)作元件，可用于報(bào)警或跳閘。鋼軌電位限制裝置兩端分別為走行軌、保護(hù)地，用于限制走行軌對(duì)地電位，保護(hù)人身安全。四、鋼軌電位限制裝置2．與直流框架泄漏保護(hù)的關(guān)系當(dāng)發(fā)生直流設(shè)備正極碰殼或?qū)Φ亟^緣損壞時(shí)，直流框架泄漏保護(hù)裝置內(nèi)的電壓元件將檢測(cè)設(shè)備外殼與走行軌之間的電位差，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；其中的電流元件將檢測(cè)設(shè)備外殼與保護(hù)地之間的漏電流，此漏電流的大小取決于直流框架泄漏保護(hù)分流器和走行軌對(duì)道床過(guò)渡電阻的大小，直流框架泄漏保護(hù)將會(huì)動(dòng)作于