试论地铁750V直流控制与保护系统

陈琪瑛

昆明地铁运营有限公司   云南  昆明  650051

摘要：地铁直流牵引供电系统的核心是直流控制与保护系统，在直流供电系统发生线路或设备故障后，触发直流控制系统的保护功能，完成联跳、闭锁、重合闸等的控制动作，同时借助线路测试，保护系统的监测与保护功能，进行直流牵引供电系统故障的及时处置，以保护直流供电系统的运行安全。本文针对地铁750V直流控制与保护系统，进行其运行方式、直流控制功能、系统保护功能与结构，以及电压保护、电流保护等的论述，明确了地铁750V直流牵引供电系统的直流控制及保护的原理、方式方法。

关键词：地铁直流控制；直流保护系统；牵引供电系统

地铁750V直流控制与保护系统保证了地铁运营的安全，是地铁直流牵引供电系统的核心所在。但直流控制与保护系统在实际的运行过程中，受到自身或是地铁运行环境的影响，在直流供电系统发生短路、设备故障后，控制或是保护系统反应不灵敏，系统的控制速动性不够，影响到保护的效果。因此，通过直流控制与保护系统的深入分析研究，探寻其控制功能原理与保护方式方法，以进一步的优化地铁750V直流控制与保护系统，确保地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行。

1.地铁750V直流控制与保护系统运行方式

DC750V是我国地铁接触轨比较常用的供电电压等级，在地铁750V直流牵引供电系统正常运行的状态下，两套整流机组并联运行，以双边供电的形式为地铁接触轨持续供应电源。如果是地铁运营近期，当其中一套整流机组出现运行异常，则另一套整流机组可维持供电，但如果是运营远期，则运行正常的机组也会停止运行。在正线变电所解列的情况下，故障点的接触轨越区隔离开关关闭，与故障点相邻的两个变电所接替其运行，负责故障变电所供电范围的电源供应，实现大双边越区供电；在线路端头变电所解列的情况下，相邻变电所借助接触轨越区隔离开关实现单边供电，典型牵引变电所一次接线方式如图1所示。采用该接线方式的750V直流牵引供电系统，在两套整流机组其中一套发生故障时，通过直流控制与保护系统进行越区供电的调整。以此确保地铁接触轨的持续安全供电，保障地铁的运营安全。

图1 典型牵引变电所一次接线图

2.地铁750V直流控制功能

2.1分合闸操作与联跳控制功能

750V直流牵引供电系统保护装置的分合闸操作，主要用于合闸线圈通电时间的控制，分合闸操作的对象为以下两种断路器，一种是电保持型断路器，合闸操作后实现长期通电，另一种是磁保持型断路器，合闸操作后实现短时通电。750V直流系统发生故障后触发保护装置信号，从而引发直流系统的联跳信号完成跳闸动作。联跳控制功能用于地铁接触轨道的双端供电模式，当直流线路出现故障后，触发保护装置信号切断故障范围内的电源，向相邻变电所发送联跳信号，完成一个区段的跳闸动作，及时保护故障范围内直流系统的安全。在排除故障成功合闸后，联跳信号自动消除，具体保护与控制逻辑如图2所示。

图2 触发保护功能与联跳控制图

2.2自动重合闸与闭锁控制功能

地铁750V直流牵引供电系统在发生非永久性短路故障时，引起过流脱扣器件动作，进而触发保护功能，自动完成重合闸动作，虽然该动作保护了直流供电系统运行的稳定性。但是过于频繁的重合闸动作会增加断路器运行的负荷，加快断路器损耗速度，易增加断路器故障的风险。所以在直流系统的重合闸控制中，定期进行断路器的重合闸，并测试线路进行重合闸控制功能的评价，如果超过设定的重合闸次数后，无法成功合闸则表明重合闸系统存在永久性故障，然后闭锁回路。如发生控制禁止、紧急事故、HSCB状态错误、热保护触发、断续电弧等情况下，发出设备未准备、控制闭锁、保护闭锁等信号完成闭锁动作。或者是通过准许触发或断闸信号，进行触发与重合闸动作，最终完成重合闸或触发解锁命令。

2.3线路测试功能

为了保证合闸的安全，在合闸之前，以手动或自动的方式，发出重合闸信号进行线路测试。主要用于馈线断路器，通过测量馈线的电压与电流，与馈线断路器中的设定值进行比对，如果符合设定值的要求，则允许进行合闸动作，否则中断测试，以此避免断路器与短路故障处接通，保护地铁750V直流供电系统的线路安全。

3.地铁750V直流保护系统

3.1系统保护功能与结构

直流保护系统具有继电保护功能，主要有四个功能模块，一是VPC板保护模块，有主母线电压、馈线电流、馈线电压等模拟量输入，控制的核心为单片机，可测量和保存VPC板运行的数据；二是VIUC板主控模块，主要由微处理器、存储器、编程逻辑器件、通信模块、监控模块等组成，与750V直流牵引供电系统的主服务器建立通信，完成对保护系统的实时监控；三是VMI板输入模块，主要的功能是输入信号并将信号转换为电平信号；四是VMO板输出模块，用于合闸、分闸、手车解锁等系统控制信号的输出。

3.2具体保护方法

3.2.1电流与DDL保护

电流保护在近端发生短路后，直流保护系统优先进行大电流脱扣保护动作。DDL保护时，直流保护系统通过采集的电流数据开展分析，如果电流变化率d

i/dt＞aset（aset为馈电电压设定值），直流系统进行保护动作，在保护过程中持续采集电流变化率数据，当电流超过设定值时，直流保护装置进行跳闸动作。DDL保护通过测量电流数据与设定值进行比对完成保护动作，可准确区分地铁的启动与短路电流，提高保护的时效性。

3.2.2电压保护

直流保护系统持续监测750V牵引供电系统的馈电电压（uf），当馈电电压大于设定值时，说明轨道带电。如果整流器电压与回流网之间的电压差大于其馈电电压设定值，表示断路器合闸会导致大电流，则禁止做出合闸的动作。电压降保护，直流保护系统实时监测馈线的电压与电流，如果计算出的阻抗值过低，则进行断闸保护动作，以规避远距离故障对正常运行线路及设备的影响。

3.2.3电压电流框架保护

地铁750V直流牵引供电系统框架保护有电流型与电压型两种保护类型，电流型侧重于框架对地产生泄露电流时的保护，在其电流元件检测到的电流值超过设定值时，自动启动电流型框架保护。电压型则倾向于外线线路上的框架电压反应，在其电压保护元件检测框架对负极电压超过设定值时，直接启动框架保护，使保护范围内牵引系统跳闸，同时闭锁重合闸。

结语：城市地铁对于其直流牵引供电系统运行持续的安全性、可靠性有着较高的要求。所以为了避免直流牵引供电系统出现运行异常，采用了直流控制与保护系统，基于数字控制逻辑，借助断路器、直流保护装置等，进行直流系统运行电压、电流等关键参数的监测，与设定值进行比较，通过直流控制系统的重合闸、分合闸、闭锁等动作，实现对地铁直流牵引供电系统的有力保护。

参考文献：

[1]李海翔.浅探地铁直流牵引供电系统馈线的保护技术[J].科学技术创新,2021,(18):166-167.

[2]郭志.地铁牵引变电站直流开关柜控制装置的升级改造[J].城市轨道交通研究,2021,24(1):166-168+179.