1、第6章 城軌供電系統(tǒng)短路計算與保護,6.1 概 述,什么是短路： 供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸（對直流牽引供電系統(tǒng)為不同極性導(dǎo)體接觸）并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。,產(chǎn)生短路的原因： (1)電氣設(shè)備絕緣受損、老化； (2)氣象條件惡化(雷擊過電壓閃絡(luò)、大風、覆冰等)； (3)違規(guī)操作(帶負荷拉刀閘、未拆地線合閘送電等)； (4)其它原因；,短路的現(xiàn)象：,短路電流比正常值大十幾或幾十倍，系統(tǒng)電壓嚴重 下降。,三相系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路類型：,對稱短路：三相短路f (3)； 不對稱短路：單相接地短路f (1)、兩相短路f (2)、 兩相短路接地f (1.1)；,直流牽引供電系統(tǒng)中可能發(fā)生的

2、短路類型：,架空接觸網(wǎng)或地面第三軌對地（走行軌）短路； 牽引變電所正、負母線接地或之間短路； 整流機組引起的短路。,短路的后果： (1)大的短路電流所產(chǎn)生的電動力效應(yīng)使電氣設(shè)備受到嚴重的機 械損壞； (2)短路電流使設(shè)備發(fā)熱而損壞； (3)短路使系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大，如電動機的 運行； (4)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大面積停電； (5)對通訊的干擾；,(1)電力系統(tǒng)電氣設(shè)計中電氣設(shè)備的選擇； (2)電力系統(tǒng)繼電保護的參數(shù)的整定； (3)設(shè)計方案的比較。,短路計算的目的,6.2 城軌供電系統(tǒng)故障及保護特點,6.2.1 城軌供電的特點及其常見故障,城軌供電的特點：,地鐵10kV牽引變電所為

3、電力系統(tǒng)一級負荷，所以多采用 兩路電源供電單母線分段的接線方式。,地鐵供電的常見故障：,(1)三相交流系統(tǒng)的各類短路故障； (2)整流柜兩硅管擊穿及牽引變壓器出口短路或繞組相間短路由牽引變繼電保護動作跳閘； (3)正、負母線短路由總閘控制； (4)接觸軌短路由分閘控制；,6.2.2 繼電保護在供電系統(tǒng)中的作用,繼電保護裝置： 能反應(yīng)供電系統(tǒng)電氣設(shè)備發(fā)生的故障或不正常工作情況，而 用于開關(guān)跳閘或發(fā)出信號的自動裝置。,繼電保護的基本任務(wù)： (1)發(fā)生故障時，自動地，迅速地，有選擇地借助斷路器將故障設(shè)備從供電系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)無故障部分迅速恢復(fù)正常運行，并使故障設(shè)備免于繼續(xù)遭受破壞。 (2)反應(yīng)

4、電氣設(shè)備的不正常工作情況，根據(jù)不正常工作情況的種類，自動發(fā)出信號，由值班人員及時發(fā)現(xiàn)和采取必要措施。反映不正常工作情況的繼電保護，一般不需要立即動作，通常允許帶一定延時。 (3)繼電保護與自動重合閘等自動裝置相配合，可以在輸電線路發(fā)生瞬時性故障時，迅速恢復(fù)故障線路的正常運行，自動投入備用設(shè)備。,繼電保護裝置的基本構(gòu)成： (1)測量部分：測量被保護設(shè)備輸入的有關(guān)信號，并與給定的整定值進行比較，從而反映被保護設(shè)備的工作狀態(tài)(正常、非正常、故障)。 (2)邏輯部分：根據(jù)各測量元件輸出量的大小，性質(zhì)，組合方式或出現(xiàn)次序，判斷被保護設(shè)備的工作狀態(tài)，以確定被保護裝置是否應(yīng)該動作。 (3)執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯

5、部分傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務(wù)。(跳閘，發(fā)信號),對繼電保護裝置的基本要求： (1)選擇性； (2)快速性； (3)靈敏性； (4)可靠性。,地鐵供電系統(tǒng)繼電保護與自動裝置的發(fā)展 (1)為了保證接觸軌的供電安全，分閘增設(shè)雙邊聯(lián)跳自動裝置。當接觸軌短路故障時，該接觸軌兩端的分閘全部跳開。即本站保護跳閘，臨站被聯(lián)跳。 (2)由于地鐵供電系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生瞬間故障，所以750kV分閘保護后主跳站啟動一次重合閘，若重合成功，被跳站分閘進行加速重合閘。以盡快恢復(fù)正常供電。 (3)除設(shè)置速斷，過流保護裝置外，還增設(shè)了電流增量保護裝置，加強保護的可靠性。 (4)數(shù)字型微機保護裝置的應(yīng)用。,6.2.3

6、 變電所二次回路,變電所一、二次設(shè)備劃分 (1)一次設(shè)備：直接參加發(fā)、輸、配電能系統(tǒng)中使用的電氣設(shè)備，如變壓器、斷路器、電力電纜、電流互感器、電壓互感器等。這些設(shè)備構(gòu)成的電路稱為一次回路。 (2)二次設(shè)備：對一次設(shè)備的運行情況進行監(jiān)測、控制、保護的設(shè)備，如測量儀表、繼電器、控制開關(guān)及信號指示燈等。這些設(shè)備通常由電流互感器和電壓互感器的二次繞組的引出線以及直流回路，按照一定的要求連接在一起構(gòu)成的回路稱為二次回路。 (3)二次回路包括：控制回路、繼電保護回路、測量回路、信號回路、自動裝置回路等。,變電所二次回路的重要性：,變電所的中央信號系統(tǒng)： 中央信號系統(tǒng)：裝設(shè)于主控制室內(nèi)，用于反應(yīng)設(shè)備各種運行

7、狀態(tài) 的聲、光信號系統(tǒng)。 (1)信號系統(tǒng)的類型 信號系統(tǒng)根據(jù)其用途可分為: 事故信號：當斷路器事故跳閘時，繼電保護或自動裝置動作，啟動事故音響報警信號和燈光信號，指明事故對象及性質(zhì)，以便運行人員及時分析、判斷和處理。 預(yù)告信號：當設(shè)備出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，如不及時處理會發(fā)展為事故，預(yù)告信號則發(fā)出音響報警信號和光字牌信號。 位置信號：包括斷路器位置信號和隔離開關(guān)位置信號，一般用燈光(紅、綠)信號表示。,(2)對信號系統(tǒng)的基本要求： 當斷路器事故跳閘時，能及時發(fā)出警報，并使相應(yīng)位置閃光，顯示故障的光字牌亮。 當設(shè)備發(fā)生異常時，能及時發(fā)出預(yù)告信號，并亮光字牌顯示異常性質(zhì)。 能自動或手動解除音響，音響

8、信號應(yīng)能重復(fù)動作。 對事故信號、預(yù)告信號及其光字牌，應(yīng)能進行是否完好試驗。,(3)在變電站中，為了便于運行人員對全站主要的電氣設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)視，一般設(shè)置中央信號裝置。中央信號系統(tǒng)由中央事故信號、中央光字牌信號、中央閃光信號構(gòu)成。,6.3 交流系統(tǒng)短路電流計算方法,什么是無限大容量電源?,無限大容量電源是指當電力系統(tǒng)的電源距短路點的電氣距離較遠時，由短路引起的電源送出的功率的變化S，遠小于電源的容量S，即SS，這時可設(shè)S=。,無限大容量電源的特點： 電源容量無限大；短路過程中電源端電壓恒定；電源內(nèi)阻抗為零；頻率恒定。,無限大容量電源概念的引入目的： 分析短路過程可不計電源內(nèi)部的暫態(tài)過程，使

9、分析計算得以 簡化。,恒定電勢源是個相對概念，真正的恒定電勢源是不存在的。,6.3.1 短路的暫態(tài)過程,(1)無限大容量電源三相短路等值電路：,(2)短路前一相(a相)電勢和電流：,其中:,(3)假定短路在t=0時刻發(fā)生，a相微分方程：,這是一個一階常系數(shù)線性非齊次微分方程，其解為：,其中:,短路電流周期分量幅值:,短路后電路的阻抗角:,t=0時刻電源電勢的初始相角:,短路電流非周期分量衰減時間常數(shù):,(4)由于短路前后電感中的電流不能突變, t=0時刻：,即：,(5)a相短路電流計算表達式：,其中:,為短路電流的周期分量；,為短路電流的非周期分量;,(6)對短路電流的分析：,無限大容量電源外

10、電路發(fā)生三相短路，短路暫態(tài)過 程中的短路電流包含兩個分量周期分量和非周 期分量。 周期分量的幅值取決于電源電壓和短路回路的阻 抗，且在暫態(tài)過程中保持不變，它也是回路的穩(wěn)態(tài) 短路電流。 非周期分量是為了使電感中電流不突變而產(chǎn)生，其 值在短路瞬間最大，而在暫態(tài)過程中以時間常數(shù)a 按指數(shù)規(guī)律衰減最終為零。,電流波形不再與時間軸對稱，而偏移至時間軸一側(cè)，以致 將出現(xiàn)短路電流最大瞬時值，其大小主要取決于短路電流非周 期分量起始值。,(7)恒定電勢源外電路三相短路波形：,6.3.3 短路沖擊電流,短路沖擊電流：短路電流最大可能的瞬時值。,(1)分析在什么情況下，什么時刻短路將出現(xiàn)最大短路電流非周期分量,無

11、限大容量電源外電路空載情況下發(fā)生三相短路，短路回路為純感性，短路時刻(t=0)初相角(合閘角)為零情況下，非周期分量起始值最大。,短路電流最大可能的瞬時值短路沖擊電流 在短路后 約半個周期出現(xiàn)，即短路發(fā)生后0.01秒。,即：,、,、,ksh為沖擊系數(shù)，1ksh2 在實用計算中： 在城軌供電系統(tǒng)中一般取ksh 1.8；,沖擊電流主要用來對電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體進行動穩(wěn)定校驗。,(2)短路沖擊電流的計算表達式：,短路電流的最大有效值 出現(xiàn)在最不利的短路后以t =0.01 秒為中心的第一周期內(nèi)：,6.3.3 短路電流的有效值,短路電流有效值：在短路過程中，任一時刻t的短路 電流有效值 ，是指以時刻t為中

12、心的一個周期內(nèi)瞬時 電流的均方根值。,在電力系統(tǒng)中，假定非周期電流在以時間t為中心的一個周期內(nèi)恒定不變，則：,6.3.4 短路容量,短路容量：是短路電流有效值同短路處的正常工作電 壓(一般用平均額定電壓)的乘積。,用標幺值表示：,短路容量主要用來校驗開關(guān)的切斷能力。,確定沖擊電流、短路電流有效值及短路容量，都必須計算短路電流的周期分量，可見對短路電流的周期分量的計算是非常重要的。,例題：線路L：長50km，x=0.4/km； 變壓器T：110kV/11kV，SN=10MVA，uk%=10.5%； 電源母線S：短路容量50MVA。 當變壓器低壓母線發(fā)生三相短路。試計算短路電流周期分量、沖擊電流、

13、短路電流最大有效值及短路功率等有名值。,城軌交流供電系統(tǒng)的短路計算通常按接于系統(tǒng)阻抗（由短路容量確定）后的無窮大容量電源來等值實際電源。,解：,取基準容量100MVA。,6.4 供電系統(tǒng)單端供電網(wǎng)絡(luò)的保護,工業(yè)企業(yè)供電線路基本是開式單端供電網(wǎng)絡(luò)，線路距離短， 系統(tǒng)中性點不接地，所以常用的保護有：電流速斷保護；定時限 或反時限過電流保護；中性點不接地系統(tǒng)的單相接地保護；低電 壓保護等。,6.4.1 過電流保護,過電流保護：當流過被保護元件中的電流超過預(yù)先整定的定值時 則使斷路器跳閘或發(fā)報警信號，有定時限和反時限 兩種。,(1)定時限過電流保護電流,電流繼電器本身的動作時限是固定的，與通過它的電流

14、大小 無關(guān)，即定時限過電流保護。,定時限過電流保護的工作原理(二次接線圖)：,定時限過電流保護的動作電流定值Iop.K整定：,能使保護裝置的電流繼電器起動的最小電流為繼電器的動作 電流Iop.K：,其中：Iop為電流互感器一次側(cè)動作電流； kkx為電流互感器接線系數(shù)； kAT為電流互感器變比；,能使電流繼電器返回到原來狀態(tài)的最大電流為繼電器的返回 電流Ire.K：,其中：Ire.1為電流互感器一次側(cè)返回電流；,電流繼電器的返回電流與其動作電流的比值為繼電器的返回 系數(shù)kre：,返回電流必須大于被保護區(qū)母線電壓恢復(fù)后其它非故障線 路的電動機自起動所引起的最大電流：,其中：IC為負荷電流； kk為

15、可靠系數(shù)，一般為1.051.25； kst.M為電動機自起動系數(shù)，一般為1.53 ；,所以，定時限過電流保護的動作電流定值Iop.K為：,所以，電流互感器一次側(cè)動作電流為：,DL型繼電器的kre區(qū)0.85， GL型繼電器的kre取0.80。,定時限過電流保護的動作時間定值top.K整定：,為使過電流保護具有選擇性，各級過電流保護中的時間繼電 器KT的延時時限應(yīng)按階梯原則整定。,I ,t,t0,t0+t,t0+2t,t,應(yīng)滿足：,大約在0.50.7s之間,其中：,定時限過電流保護的靈敏度：,定時限過電流保護的靈敏度ks是以其保護末端最小短路電 流Ikmin與動作電流Iop的比來衡量：,對于中性點

16、不接地系統(tǒng)，最小短路電流出現(xiàn)在最小運行方式 下末端兩相短路時，即Ikmin(2)。,(2)反時限過電流保護電流,當通過保護裝置的短路電流Ik大于其動作電流Iop.K時，保護 裝置就動作，其動作時間與短路電流的大小成反比，即當短路點 距保護裝置安裝處越近，短路電流越大，動作時間越短；反之當 短路點距保護裝置安裝處越遠，短路電流越小，則動作時間越 長，這種過電流保護裝置稱為反時限過電流保護。反時限特性主 要靠反時限電流繼電器來實現(xiàn)。,感應(yīng)型反時限過電流繼電器,GL10系列感應(yīng)型過電流繼電器，通常做成有反時限特性。 GL10型繼電器由感應(yīng)元件和電磁元件組成。,感應(yīng)元件：在頻率不變的情況下，轉(zhuǎn)矩正比于

17、電流的平方，電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)動的速度越快，使結(jié)點閉合所需要的時間越短；反之，電流越小，鋁盤轉(zhuǎn)動的速度越慢，使接點閉合所需要的時間越長，GL10繼電器的動作時間t的特性：,其中：I*為過電流倍數(shù)； 為時間常數(shù)；,這樣就構(gòu)成了繼電器的反時限特性。當電流大到某一數(shù)值時， 由于鐵心飽和，電磁轉(zhuǎn)矩不再增加，動作時間保持恒定，這時 繼電器具有定時限特性。,電磁元件：與感應(yīng)元件完全獨立，為電磁型電流繼電器結(jié)構(gòu)，當電流超過感應(yīng)元件動作電流的48倍時，結(jié)點迅速閉合，構(gòu)成了繼電器的速斷特性。,GL10系列感應(yīng)型電流繼電器的動作特性曲線：,GL10系列感應(yīng)型電流繼電器的特點：,是帶有瞬時動作元件的反時限過電流繼電器

18、，繼電器本身 動作帶有時限，并有動作指示掉牌信號，所以回路不需要接時 間繼電器和信號繼電器。,反時限過電流保護的整定：,當k1點短路時，保護也將起動，為滿足選擇性，保護 所需的動作時限t2應(yīng)比保護的動作時限大一個時限t。,定時限與反時限過電流保護的比較：,見講義203頁,速斷保的動作電流的確定方法：,為保證保護裝置的選擇性，在下一段線路上發(fā)生最大短路電流時保護裝置不應(yīng)動作，即速斷保護的動作電流應(yīng)按躲開其末端在最大運行方式下發(fā)生短路的短路電流來整定：,設(shè)置速斷保護，以保證本段線路故障能迅速切除。,在本段線路內(nèi)發(fā)生最小短路電流時，保護裝置應(yīng)動作，所以速斷保護的靈敏度應(yīng)滿足要求：,6.4.2 電流速

19、斷保護,I ,I ,電流速斷和 過電流保護,控制小母線及熔斷器,跳閘回路,過電流保護 回路,信號回路,I ,I ,延時回路,電流速斷回路,具有電流速斷和定時限過電流保護的線路圖,由于引入可靠系數(shù)kk，速斷保護動作電流大于被保護范圍末 端的最大短路電流，使保護不能保護線路全長，因此不能獨立作 為線路的主保護，應(yīng)必需和過電流保護配合作用。,低電壓閉鎖過電流保護,定時限過電流保護的動作電流按躲過最大的負荷電流來整 定，可能靈敏度不滿足要求，所以可采用低電壓繼電器閉鎖過電 流保護來提高靈敏度。,6.4.3 低電壓保護,由于保護起動環(huán)節(jié)串入低電壓閉鎖結(jié)點，所以過電流保護的 動作電流不必按躲過最大負荷電流

20、整定，只需按躲過線路最小 短路電流來整定。,低電壓繼電器的動作電壓按躲過正常最低工作電壓Umin來 整定：,式中：UN為線路的額定電壓； kTV為電壓互感器的變壓比；,用于電動機的低電壓閉保護,電動機采用低電壓保護的目的是當電網(wǎng)電壓降低到一定數(shù)值 時，低電壓保護動作，將不重要的或不允許自起動的電動機從電 網(wǎng)切除，以保證重要電動機在電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，順利地自起動。,為保證重要電動機在電壓暫時下降又恢復(fù)時順利自起動， 對不重要的電動機裝設(shè)動作電壓為(60%70%)UN，時限為 (0.51.5)秒的低電壓保護并動作跳閘：,對于由于生產(chǎn)工藝或技術(shù)，安全的要求不允許“長期”失電 后再自起動的電動機，可裝設(shè)

21、動作電壓為(50%55%)UN，時 限為(510)秒的低電壓保護并動作跳閘：,相電壓：,相對地電容：,如圖所示中性點不接地三相系統(tǒng)：,中性點不接地系統(tǒng)A相單相接地短路，非接地相B、C兩相電壓的變化：,短路前：,短路后：,6.4.4 中性點不接地系統(tǒng)的單相接地保護,短路前后電壓相量圖：,所以，中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障相對 地電壓為零，非故障相對地電壓升高 倍。,UX為相電壓的大小,中性點不接地系統(tǒng)A相單相接地短路，系統(tǒng)中接地電流的分布：,正常情況下，三相系統(tǒng)對稱：,每相對地電容電流大?。?正常情況下，對地電流：,當A相單相接地時：,所以：,由 、 產(chǎn)生的對地電容電流大?。?短路點

22、處的對地電容電流：,短路點處的對地電容電流大?。?可見，中性點不接地系統(tǒng)單相接地電流的大小是每相對地容性電流的3倍。,當線路較短，支路樹不多時，電容電流不大，常能自動解 除，即使遇到持久性接地故障，也不需要立即跳閘開斷線路， 可讓運行人員有一定時間處理故障或倒用備用設(shè)備，因此保證 了不間斷供電，提高了供電可靠性。,當系統(tǒng)線路加長、支路增加，使每相對地容性電流很大， 從而導(dǎo)致接地點電流過大而產(chǎn)生電弧。電弧的出現(xiàn)造成供電設(shè) 備燒壞而影響中性點不接地系統(tǒng)的供電可靠性。,中性點不接地系統(tǒng)中的單相接地保護：,絕緣監(jiān)視,利用系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電壓給出信號。在變電所母線 上接三相五柱電壓互感器，二次繞組接

23、成開口三角形，接入電 壓繼電器，用來反應(yīng)線路單相接地時出現(xiàn)的零序電壓。,絕緣監(jiān)視的特點：保護簡單，但給出信號沒有選擇性，適用于出線不多，負荷電流允許短時間內(nèi)切斷的供電網(wǎng)中。電網(wǎng)正常時，開口三角形繞組有不平衡電壓輸出，因此，繼電器的動作電壓應(yīng)躲過該電壓，一般整定為15V。,零序電流保護,利用單相接地故障線路的零序電流較非故障線路大的特 點，實現(xiàn)有選擇性地跳閘或發(fā)出信號。,為了使接地保護有選擇性動作，零序電流繼電器的啟動電 流必須按大于本線路的電容電流整定：,式中：kk為可靠系數(shù)，如瞬時動作時取45，延時瞬時動作 時取1.52；,6.4.5 中壓系統(tǒng)的中性點接地問題,(1) 一般原理,我國電力系統(tǒng)

24、一般：,110kV、 220kV電網(wǎng)采用中性點直接接地(即大電流接地系統(tǒng)); 35kV及以下電壓等級的電網(wǎng)采用中性點不接地(即小電流接地系統(tǒng))，當單相接地容性電流過大時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地，條件：10kV：20A； 35kV：10A。,單相接地容性電流的近似計算公式：,對架空線路：,對電纜線路：,式中：U為電網(wǎng)的線電壓；l為線路長度；,中性點不接地電網(wǎng)的單相接地保護包括：無選擇性絕緣監(jiān)視裝置；零序電流保護。 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地保護包括：無選擇性絕緣監(jiān)視裝置；還不確定(零序功率方向保護、反應(yīng)暫態(tài)電流的單相接地保護、反應(yīng)諧波分量的接地信號裝置)。,(2) 軌道交通供電系統(tǒng)中

25、壓電網(wǎng),主降變電所110kV側(cè)，中性點是否接地由電力系統(tǒng)調(diào)度； 中壓為10kV時，一般采用中性點不接地； 中壓為35kV時，如主變壓器為YN,d11接線，中壓網(wǎng)絡(luò)無引出中性點，只能采用中性點不接地；如主變壓器為YN,yn12接線，中性點引出可采用中性點經(jīng)小電阻接地，提高零序電流保護的靈敏度。,利用接地變壓器的單相接地保護,A,B,C,3I,3I,2I,I,I,a,b,c,a1,b1,c1,3I,c,b,a,c1,b1,a1,利用接地變壓器中性點串接接地電阻的單相接地保護方案,接地變壓器,6.5 直流牽引供電系統(tǒng)短路計算,6.5.1 牽引變電所戴維南等效電路,我國早期地鐵線路普遍采用6脈波整流電

26、路，目前越來越多 的采用12脈波或24脈波整流電路，以減小諧波含量，降低城市軌 道交通對公用電網(wǎng)的不良影響。,進行直流牽引供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析計算時，牽引變電所按戴維 南等效電路進行等值：,其中Req為牽引變電所等效電阻，US為等效理想電壓源，均由交流電源空載電壓、系統(tǒng)阻抗和整流機組的相關(guān)參數(shù)及工作狀態(tài)決定。,6.5.2 單邊供電時的短路計算,參數(shù)計算(U2N為牽引變壓器低壓側(cè)額定電壓),(1)交流電源阻抗XS：,(2)整流變壓器參數(shù)XT、RT：,(3)整流器參數(shù)Ud0、UD、Rb：,整流器空載電壓：,整流器的正向壓降：,整流橋臂電阻：,(4)直流側(cè)參數(shù)：,北京地鐵經(jīng)測試，從整流器到正負母線線路電

27、阻為0.0006，電感為0.03mH，直流開關(guān)接觸電阻為0.0004，從母線到隧道柜電阻為0.0002，電感為0.004mH。,接觸軌供電的牽引網(wǎng)電阻0.03/km。電感在短路暫態(tài)過程中 為1.763.00mH /km。,(5)電弧壓降：,短路時如發(fā)生電弧，則電弧產(chǎn)生壓降Ua可按20V/cm計算。,(6)交流系統(tǒng)等效電抗：,交流系統(tǒng)等效電阻：,直流系統(tǒng)等效電阻：,單邊供電短路電流計算公式,牽引網(wǎng)發(fā)生短路，相當于整流器直流側(cè)接一電阻與電感,(1)整流電路工作在外特性的區(qū)時的短路電流,如滿足：,相等于負荷運行或遠點短路，則電壓Ud1、電流Id間的線性表為:,短路電流計算公式：,如滿足：,相等于直流

28、側(cè)出口近處短路，則電壓Ud2、電流Id間的線性表為:,其中：,(2)整流電路工作在外特性的區(qū)時的短路電流,短路電流計算公式：,(3)整流電路工作在外特性的區(qū)時的短路電流,如滿足：,相等于直流側(cè)出口處短路，則電壓Ud3、電流Id間的線性表為:,短路電流計算公式：,作業(yè)： 牽引網(wǎng)額定電壓為750V，交流電源系統(tǒng)的短路容量為 100MVA，牽引變電所中整流變壓器為ZSG2000/10型，其短 路電壓為8.33%，短路損耗為5kW；整流柜為GQF2500/825 型，其橋臂線路電阻為0.0002。如在距變電所3km處接觸線發(fā) 生金屬性短路，試計算整流機組供出的短路電流。,6.5.3 雙邊供電短路電流計

29、算公式,雙邊供電示意圖,上、下行接觸線、母線、短路點構(gòu)成三角形連接，變換成星 形等效電路：,其中：,接下來，按回路（兩個）電流法計算短路電流。,作業(yè)：,圖示雙邊供電系統(tǒng)，上、下行第三軌電阻0.02W/km，走行軌電阻0.01W/km，變電所等值為750V理想電壓源，區(qū)段全長4km。求區(qū)段中點發(fā)生第三軌走行軌短路時的短路點電流及兩所供出電流。,Ik,Ik2,Ik1,I3,I2,I1,雙邊供電示意圖,變電所1,變電所2,R3,Rk1,Rk2,R4,R5,6.6.1 直流快速自動開關(guān),6.6 直流牽引饋線保護,直流快速自動開關(guān)是直流系統(tǒng)的一種操作和保護電器，能對 直流額定電壓600V1500V電路中

30、整流機組、直流電機和饋線進 行分、合閘操作，并在短路、過載、逆流時起保護跳閘作用。適 用于直流電氣化鐵路、城市地鐵與輕軌交通等電力牽引供電系 統(tǒng)。 直流電弧是非線性電阻，其電弧電流在時間上不過零，使直 流電弧熄弧比較困難。 有效的滅弧方法是采用固有動作時間很小(幾個毫秒)的快速開 關(guān)，加速斷開短路和過負荷電流。,為什么開關(guān)快速動作有利于滅弧？,解釋：直流牽引網(wǎng)為R、L回路，其短路后回路電壓方程：,式中：U為網(wǎng)壓,短路電流表達為：,短路電流增長特性：經(jīng)0.1秒時，id 可達到穩(wěn)定值Id的90%。,為避免電氣設(shè)備損壞，改善直流 滅弧條件，必須在其達到危險值之 前快速斷路。采用快速開關(guān)的電流 整定值

31、Izd和全分斷時間T的關(guān)系曲 線：,其中T包括：t1電流達到整定值Izd所需時間； t2開關(guān)斷路的固有時間(由快速開關(guān)結(jié)構(gòu)決定)； t3電弧燃燒時間(與熄弧措施和開斷速度有關(guān))；,現(xiàn)代直流快速開關(guān)的全分斷時間T約為15ms30ms，開斷能 力可達100kA。,國產(chǎn)DS-12直流快速開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成及原理,DS-12系列直流快速開關(guān)的主要部件：導(dǎo)電、接觸系統(tǒng)、滅 弧室與弧罩、操作傳動機構(gòu)、分合閘電磁鐵操作機構(gòu)及支架等。,導(dǎo)電、接觸系統(tǒng)：,導(dǎo)電系統(tǒng)由銅母線制成，接觸部分采用兩極接觸，即主動、 靜觸頭和分斷電弧的動、靜觸頭。,滅弧室與弧罩：,現(xiàn)代快速直流開關(guān)的滅弧室廣泛采用不帶專門磁吹裝置的絕 緣鋼片

32、式滅弧室或螺旋滅弧室。,6.6.2 直流饋線保護,短路故障形式：變電所母線短路；接觸軌與走行軌間金屬性短路、帶電弧短路、帶電阻短路或接觸軌接地；車輛運行時故障；車輛內(nèi)部故障。 車輛保護：空氣斷路器加熔斷器；差動保護；過載保護；熔斷器保護。 我國早期的城市軌道直流牽引供電系統(tǒng)中，通常采用大電流速斷保護和過電流保護相互配合實現(xiàn)對牽引網(wǎng)保護。大電流速斷保護主要用于近端短路保護，過電流保護雖能有效地保護線路的末端，但其延時較長，保護的速動性有所降低。,(1)直流饋線保護概況,(2)北京地鐵750V直流饋線保護情況,隨著近幾年我國城市軌道交通的迅速發(fā)展，一種反應(yīng)電流變化趨勢的保護電流增量保護(DDL保護)逐漸成為直流牽引網(wǎng)末端短路的主保護。,北京地鐵直流饋線保護主要采用國外引進的保護單元，主要 是塞雪龍(Secheron)公司SEPCOS保護單元。,SEPCOS的Imax+保護： Imax+保護為過電流保護，在保護中整定電流Imax值和時間 T值，當通過直流饋線的電流值在整定的時間T內(nèi)超過Imax 值時， Imax+保護出口跳閘。,SEPCOS的低電壓保護： 如果饋線電壓Uf小于整定值Uf zd且時間大于整定值Tf zd ，則 保護出口跳閘或報警。,SEPCOS的電流增量(DDL)保護： DDL保護為電流增量保護，主要是通過分析電流上升率di/dt, 電流增加持續(xù)時間t和電流