余 歡/中鐵電氣化局集團有限公司城鐵公司
輕軌中接地漏電保護裝置(64D)的重要性分析
余歡/中鐵電氣化局集團有限公司城鐵公司
在輕軌牽引供電變電所直流電源保護中,接地漏電保護裝置(又稱64D)的存在往往被人們忽視,但它在供電線路正極對地保護中起著舉足輕重的作用。
輕軌;接地漏電保護;64D;
輕軌是跨坐式單軌上運行的列車。近年來,伴隨著我國城市軌道交通的不斷發(fā)展,輕軌成為了城市軌道交通中重要的運行方式之一。而作為輕軌中不可或缺的重要保護裝置之一的 64D,在維持整個輕軌系統(tǒng)安全運行起到了至關(guān)重要的作用。本文通過對輕軌變電所牽引供電系統(tǒng)中64D的結(jié)構(gòu)、工作原理及作用進行分析,引出64D在系統(tǒng)中的重要性,僅供參考。
(一) 64D的工作原理
圖1 64D的主接線圖
如圖1所示,64D通過電纜連接于變電所負極母排與接地母排之間,其主要構(gòu)件由可變電阻Z、阻尼電阻、逆流二極管、電流傳感器以及智能裝置VT41(含電壓傳感器)組成,其中可變電阻Z為10Ω,分別在5Ω、6Ω、7Ω、8Ω、9Ω處留有抽頭,并聯(lián)為2.5Ω,也可以進行阻值的組合,在1500V直流系統(tǒng)中一般設(shè)置為5Ω。二極管的作用是阻斷負極與地的導(dǎo)通的同時,判斷故障電流方向。智能裝置VT41通過實時檢測二極管和可變電阻上的電壓值,可發(fā)出報警及向外部設(shè)備發(fā)出跳閘命令。在1500V直流系統(tǒng)中一般把報警值設(shè)置為180V,跳閘整定值設(shè)置為200V。為避免線路中送電以及車輛啟動等造成的64D誤動作,并與所內(nèi)直流裝置電流型框架保護區(qū)分開,64D發(fā)出的跳閘命令為延時命令,延時時間一般設(shè)置為300ms。
(二)64D的作用分析
在DC1500V的變電所牽引供電系統(tǒng)中,兩個整流器為對地絕緣安裝,系統(tǒng)與地完全隔離,并聯(lián)運行時形成三相二十四脈波全波整流回路。當系統(tǒng)空載運行時,正極母排相對于負極母牌的電壓為直流1500V(實際電壓值有偏差),因系統(tǒng)對地絕緣安裝,在絕緣良好的條件下,正、負極對地不存在關(guān)系。此時,64D的負極接線端對地無電位,二極管處于截止狀態(tài),VT41檢測負極端與接地端無電勢差,64D無故障輸出。
當行車線路中正極匯流排對地發(fā)生絕緣降低或短路時,因整流系統(tǒng)的正、負極均與地絕緣良好,在不考慮64D裝置的情況下,雖然正極對地絕緣降低或短路,正極電位接近或等于地電位,但是正、負極之間的電勢差依然為直流1500V,系統(tǒng)仍可正常運行。而在實際情況下,當行車線路中正極匯流排對地發(fā)生短路或絕緣降低時,通過64D的接地端,負極與正極之間形成了電流回路,其等效電路如圖二所示。64D的二極管兩端存在正向?qū)妷海O管處于導(dǎo)通狀態(tài),故障電流I流經(jīng)可變電阻Z,VT41檢測到的電壓為U。理想狀態(tài)下,由歐姆定律:
U=Z×I;(Z取5Ω)
當電流增大到I=36A時,U=5Ω×36A=180V,64D發(fā)出聲光報警;
當電流增大到I=40A時,U=5Ω×40A=200V,64D發(fā)出本所直流饋線跳閘信號,并聯(lián)跳相鄰牽引變電所直流饋線斷路器,切除故障點。
圖二 正極接地時系統(tǒng)等效電路
(三) 64D的重要性分析
由于輕軌線路相較于地鐵,其正、負極均采用匯流排用支撐絕緣子固定于PC梁的兩側(cè),而地鐵則以鋼軌作為負極回流。當?shù)罔F的正極對地短路時,鋼軌的電位升高導(dǎo)致軌電位限制裝置動作,使得負極與地導(dǎo)通,從而形成故障電流回路,正極饋線保護檢測到故障電流而動作。而負極匯流排經(jīng)長期運行仍然能保持良好的對地絕緣性,當發(fā)生正極對地絕緣降低甚至短路時,由于負極對地絕緣良好而不能形成故障電流回路,整流系統(tǒng)依然能在該故障狀態(tài)下運行,此時,變電所內(nèi)的正極饋線保護由于檢測不到故障電流而不能啟動。而64D的存在,將負極與地通過“鉗位電路”連接起來,當發(fā)生正極對地絕緣降低甚至短路時,通過接地點形成電流回路,使得正極饋線保護裝置得以檢測到故障電流,并在整定范圍內(nèi)可靠動作,而64D也在正極接地漏電的保護范圍內(nèi)起到了保護作用,體現(xiàn)了變電所保護裝置的速動性、選擇性和靈敏性。
在輕軌的牽引供電系統(tǒng)中發(fā)生正極對地絕緣降低或短路時,64D在系統(tǒng)繼電保護中不僅僅起到接地漏電保護的作用,還為正極饋線保護裝置的正常工作起到了“連接搭橋”的作用。通過對64D重要性的研究和討論,有利于加強專業(yè)或相關(guān)人員對輕軌中64D裝置的重視程度,從而更好地促進輕軌電氣自動化系統(tǒng)的安全運行與長久發(fā)展。
[1] 王兆安,劉進軍. 電力電子技術(shù)(第5版),2000.
[2] 賀威俊,高仕斌.電力牽引供變電技術(shù),1998 .
[3]唐潔.地鐵直流牽引系統(tǒng)的繼電保護和雙邊聯(lián)跳的應(yīng)用,2014.
[4] 歐中良.直流牽引系統(tǒng)電流保護研究,2012.
[5]于松偉,楊興山,韓連祥.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用.2008.