地铁第三轨小间距电分段保护研究

 

摘 要：结合北京地铁的实际情况及存在问题，提出了小间距电分段保护，并对小间距电分段保护进行了详细分析和论述，为解决地铁第三轨受流系统存在的问题提供了解决方法。

关键词：地铁；牵引供电系统；电分段；保护

 

0 概述

      北京地铁 750 V 直流牵引供电系统采用第三轨（导电轨）受流方式，机车采用集电靴取流。北京地铁采用 VVVF 机车，机车的两侧各设 2 个集电靴，且 2 个集电靴之间的距离为 12.6 m，集电靴在电气回路上是相互连通的。列车编组采用动拖编组形式。为了在故障情况下尽可能地缩小事故范围、方便检修及保护配合的需要，在牵引变电所出口处（一般在列车进站侧）设有电分段。电分段中段有 3 种类型：小间距电分段、大间距电分段、中性短轨电分段。

      根据北京地铁机车的实际情况，小间距电分段处的间距一般大于 6.9 m 而小于 12.6 m；大间距电分段处的间距一般大于 13 m；中性短轨电分段的中性段实际上为一个短轨，该短轨一般通过接触器与导电轨相连，中性短轨与导电轨的间距一般根据机车集电靴的分布来确定。

      根据北京地铁牵引供电系统的特点，下面对在不同运行方式下的小间距电分段保护进行分析和论述。

1 小间距电分段保护

1.1 牵引供电臂正常双边供电时的保护

      如图 1 所示，CB1—CB4断路器处于合闸位置，DS 越区电动隔离开关处于分闸位置，机车通过电分段时机车集电靴将电分段短接，同时在变电所SSa 与变电所 SSb 之间的直流供电区间发生了短路故障。

正常情况下，750 V 直流供电系统的相邻 2 个牵引变电所对一个供电区间同时供电，实现正常双边供电。当供电区间处发生短路故障时，保护装置检测到故障信号后跳本侧断路器，同时联跳对侧断路器。由于双边联跳回路的存在，弥补了 750 V 直流系统末端短路时灵敏度不够的问题。

      当机车通过车站时，机车的集电靴搭接在电分段的两端，即机车集电靴短接了电分段。位置检出器 Ps 检测到机车位置信号后，闭合位置检测器 Ps的辅助触点，将变电所 SSb两侧的双边联跳回路自动连通。如果此时在 f₂处发生近端短路，f₂短路点是变电所SSb近端故障，由于集电靴短接了电分段，此时流过 CB₂ 的短路电流约为集电靴不短接电分段时的一半，但它仍在保护灵敏度范围之内，CB₂保护装置检测到故障信号，保护动作跳开本侧断路器 CB₂，同时联跳邻所对侧断路器 CB₁、CB₃、CB₄；如果是 f₁处发生短路故障，f₁短路点是变电所 SS_a近端故障，CB₁馈线保护装置检测到故障信号立刻跳开 CB₁、同时联跳 CB₂、CB₃、CB₄。

      断路器保护跳闸后启动自动重合闸，线路测试装置测试线路是否有短路点，如果线路测试正常，延时重合馈线断路器；如果线路测试发现存在短路点，馈线断路器不重合。在线路测试过程中机车有可能因惯性滑过电分段，使无故障的供电区间的馈线断路器重合闸成功，如果机车无法滑过电分段，那么只要故障不消除，馈线断路器就不会重合。

      由于直流馈线断路器之间设有双边联跳保护，故能在最短的时间内切除故障，同时避免了因末端短路电流不满足保护灵敏度的要求而无法正确动作的问题。如果直流馈线断路器之间没有双边联跳保护，当 f₁处发生短路故障，对变电所 SS_a来说 f₁是近端故障，流过 CB₁的短路电流很大，CB₁馈线保护装置检测到故障信号立即断开 CB₁。但对变电所 SS_b来说 f₁是远端故障，末端的短路电流较小，另外由于机车集

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