地鐵接觸網(wǎng)短路狀態(tài)下鋼軌電位和限壓保護(hù)裝置論述

任維維

摘要：本文將在地鐵接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)地鐵接觸網(wǎng)短路狀態(tài)下的鋼軌電位進(jìn)行詳細(xì)分析，然后對(duì)地鐵接觸網(wǎng)短路狀態(tài)下的限壓保護(hù)裝置的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)論述，以此為地鐵接觸網(wǎng)的運(yùn)行安全和晶閘管的正確選擇提供有效幫助。

關(guān)鍵詞：地鐵;接觸網(wǎng);短路;鋼軌電位;限壓保護(hù)裝置

1地鐵供電系統(tǒng)基本組成

地鐵供電系統(tǒng)由牽引整流器、接觸網(wǎng)、回流網(wǎng)、配電盤和各種保護(hù)裝置組成?；亓骶W(wǎng)包括軌道網(wǎng)和排水網(wǎng)。軌道用于牽引回流，當(dāng)列車在特定的供電臂下運(yùn)行時(shí)，利用排流網(wǎng)收集空閑電流，在相應(yīng)的供電區(qū)域內(nèi)由鋼軌產(chǎn)生對(duì)地電位。這一隱患對(duì)工作人員和設(shè)備的安全，特別是車站和車輛段的工作人員，構(gòu)成了極大的威脅。

2地鐵接觸網(wǎng)供電方式

地鐵供電網(wǎng)的單個(gè)供電臂采用雙邊供電方式，即供電臂兩端的整流器同時(shí)供電，整流器的正極通過(guò)饋線與機(jī)庫(kù)相連，負(fù)極是通過(guò)與鋼軌的反饋，使排水管網(wǎng)位于與鐵路走向相對(duì)應(yīng)的閾值以下，起到分散電能收集的作用。在大多數(shù)情況下，散射電流很小，且排水網(wǎng)絡(luò)未投入運(yùn)行，即排水網(wǎng)絡(luò)與整流器的負(fù)極分離。

3地鐵接觸網(wǎng)短路狀態(tài)下鋼軌電位保護(hù)裝置對(duì)地電位和電流

3.1鋼軌電位限制裝置工作流程

如上圖所示，在車站區(qū)域（車輛段）安裝地鐵OVPD保護(hù)裝置，以監(jiān)測(cè)軌道與排水網(wǎng)絡(luò)（地板）之間的電位。一旦軌道地電位超過(guò)規(guī)定值，OVPD保護(hù)裝置中的電路將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軌道短路至地面相接，此時(shí)鉗制軌道（鋼軌）電位為零。當(dāng)OVPD裝置發(fā)現(xiàn)A和B之間的絕對(duì)電壓超過(guò)600V時(shí)，它立即向T1和T2晶閘管發(fā)送觸發(fā)脈沖。如果點(diǎn)A的電位高于點(diǎn)B的電位，則晶閘管T1啟用;否則，晶閘管T2接通。通過(guò)快速導(dǎo)電的晶閘管可以快速閉合兩點(diǎn)A和B，然后接觸器觸點(diǎn)閉合。晶閘管兩端因短接觸而恢復(fù)停止?fàn)顟B(tài)，這一順序動(dòng)作為人員和設(shè)備的安全提供了有效保證。

3.2鋼軌電位限制裝置處電位在供電網(wǎng)絡(luò)短路時(shí)的狀態(tài)

由上文可知，本文所論述的是將鋼軌電位限制裝置安裝在車站軌行區(qū)內(nèi)距離整流器位置150M的A點(diǎn)處的情況，其中，A、B兩點(diǎn)的電壓也可以用來(lái)表示該裝置監(jiān)測(cè)鋼軌的對(duì)地電位。

在整流器1和整流器2的情況下，存在正-負(fù)短路和電源排流（地）正極短路的可能性和風(fēng)險(xiǎn)，即C對(duì)D和E短路，圖2中的G在H和J上短路。由此可見(jiàn)，鋼軌和接觸網(wǎng)存在短路的可能性和風(fēng)險(xiǎn)，圖2中的F點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)短路。

3.3供電網(wǎng)絡(luò)短路時(shí)流過(guò)OVPD裝置的短路電流

經(jīng)仿真試驗(yàn)后得出，C對(duì)D短路，C對(duì)E短路，F(xiàn)對(duì)A短路，G對(duì)J短路，G對(duì)H短路，其數(shù)值分別為（UA/V）185、-1463、195、-1388、-185。

處電位模擬仿真結(jié)果試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，不同短路類型的A點(diǎn)電位超過(guò)OVPD 的動(dòng)作限值，所有類型的短路型OVPD裝置動(dòng)作的常開觸點(diǎn)閉合或晶閘管T2導(dǎo)通，A、B兩點(diǎn)短路，短路電流通過(guò)Contactor常開觸點(diǎn)或晶閘管T2。電阻R3被Contactor常開觸點(diǎn)和晶閘管T2短路閉合，因此移除電阻R3并用短接線更換。通過(guò)OVPD的短路電流用IK表示。在不同類型的晶閘管短路情況下，用multisim軟件模擬不同類型的晶閘管短路。

各種短路類型下短路電流模擬仿真數(shù)據(jù)分別為（IK/KA）0.12、-33.70、0.13、-7.14、-0.19，其特點(diǎn)為：如果C點(diǎn)對(duì)D點(diǎn)短路，F(xiàn)點(diǎn)對(duì)A點(diǎn)短路，短路電流方向朝下流過(guò) Contactor的常開觸點(diǎn);如果G點(diǎn)對(duì)H點(diǎn)短路，則短路電流向上流過(guò)Contactor的常開觸點(diǎn);如果C點(diǎn)短路，短接于點(diǎn)E，流過(guò)晶閘管T2的電流最大且向上。

4鋼軌電位限制裝置的晶閘管最佳參數(shù)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，如果C點(diǎn)對(duì)E點(diǎn)短路，A點(diǎn)到B點(diǎn)的電位比下一點(diǎn)高。觸發(fā)導(dǎo)電性的晶閘管T2和接觸開關(guān)的時(shí)間順序由每個(gè)參數(shù)決定，如果每個(gè)參數(shù)的值為：T1=0.005 MS，T2=10.000 MS，ton=9.995 MS。如果T2晶閘管在承受1463 V正導(dǎo)頻電壓的延遲0.005 MS后觸發(fā)短路，開始向前移動(dòng)直到射手的常開觸點(diǎn)閉合。連續(xù)導(dǎo)通期約為10000毫秒。晶閘管的過(guò)電壓電流ITSM被定義為使晶閘管在10.000ms交叉持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持向前的電流峰值。流過(guò)T2晶閘管的最大電流為33.7kA，因此負(fù)載電流itsm2=33.7kA，關(guān)斷模式非重復(fù)峰值電壓udsm2=1463V，反向非重復(fù)峰值電壓ursm2=195V;晶閘管T1和晶閘管T2的工作過(guò)程相同。流過(guò)晶閘管T1的最大電流為130 A。因此，入口電流itsm1=130 A，非重復(fù)峰值電壓udsm1=195 V的斷開狀態(tài)和反向非重復(fù)峰值電壓m1=1463 V。

結(jié)語(yǔ)

OVPD保護(hù)器在電源臂的不同短路條件下工作。OVPD裝置通過(guò)縮短保護(hù)點(diǎn)的接地電位來(lái)達(dá)到限制軌道對(duì)地電位的目的。每種形式的接觸網(wǎng)短路都是危險(xiǎn)的。OVPD防護(hù)裝置的最小電位為185V，最高電位為1463V，這類電流對(duì)人身安全構(gòu)成致命威脅。在接觸網(wǎng)短路的情況下，決定短路電流的因素是鋼軌的縱向電阻、鋼軌對(duì)地的過(guò)渡電阻和變壓器的容量。在正負(fù)極對(duì)地短路的情況下，上述因素對(duì)短路電流影響不大，過(guò)電壓保護(hù)裝置起作用。維護(hù)操作人員應(yīng)按安全規(guī)程定期檢查接觸線正負(fù)桿之間、正極與排水網(wǎng)（地）之間的隔離，確保不發(fā)生極端短路故障，保證地鐵接觸網(wǎng)正常工作行。

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