【導(dǎo)讀】按照實(shí)際要求完成對北京地鐵4號線牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況對電源與主變電。：折合0號圖紙一張。，計(jì)算說明清晰完整，正確無誤。第1周~第2周：收集資料，相關(guān)調(diào)研，確定論文方案，寫開題報(bào)告。第3周~第6周：負(fù)荷計(jì)算，短路計(jì)算，主接線設(shè)計(jì)，中期報(bào)告。第14周~第16周：修改論文，提請初審，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。相互制約的密切關(guān)系。城市發(fā)展相適應(yīng)。輕軌、單軌、導(dǎo)軌、線性電機(jī)牽引的軌道交通及有軌電車等７種類型。和有軌電車應(yīng)用最為廣泛，以線性電機(jī)牽引系統(tǒng)最有發(fā)展前途。災(zāi)報(bào)警、自動扶梯等，也都依賴并消耗電能。在地鐵運(yùn)營中，供電一旦中斷，將危及旅客生命安全并。壓質(zhì)量符合要求，并力爭減少電磁干擾，電網(wǎng)諧波、雜散電流的危害。牽引供電滿足遠(yuǎn)期列車6輛編組2分鐘。供電可靠性及減少電磁干擾。輛供電，確保軌道交通電動列車的正常運(yùn)行。式；雙環(huán)網(wǎng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)；雙邊供電及大雙邊供電的牽引供電方式；

　　

【正文】 牽引供電系統(tǒng)之所以形成保護(hù)上的死區(qū)，主要有兩個(gè)原因： ①地鐵列車為多輛電動車組編組，其起動電流大于牽引網(wǎng)最小短路電流，只靠直流快速開關(guān)的大電流整定很難滿足保護(hù)要求 。 ②電動列車是隨時(shí)在運(yùn)動的，其位置在不斷地移動、變化，作為電動列車的遠(yuǎn)后備保護(hù)，牽引變電所的保護(hù)應(yīng)延伸至電動列車主回路末端。 對任何供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)而言 , 可靠性總是第一位的 , 而對直流牽引供電系統(tǒng) , 速動性可以看成和可靠性是同等重要的 , 所以直流側(cè)保護(hù)皆采用毫秒級的電器保護(hù)設(shè)備 , 如直流快速斷路器、 /di dt I? 保護(hù)等 , 目的就是在直流短路電流上升過程圖 33 直流母線構(gòu)成的大雙邊供電 圖 34 縱向電動隔離開關(guān)的大雙邊供電 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 中將其遮斷 , 不允許短路電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)值。至于選擇性 , 在直流牽引供電系統(tǒng)中則處于次 要位置 , 其保護(hù)的設(shè)置應(yīng)是 “ 寧可誤動作 , 不可不動作 ” 。 誤動作可以用自動重合閘進(jìn)行矯正 。 不動作則很可怕 , 因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)短路時(shí)產(chǎn)生的直流電弧 , 如不迅速切斷電源，電弧可以長時(shí)間維持燃燒而不熄滅 。 而交流電弧則不同 , 其電壓可以過零而自動熄滅。 地鐵四號線 10kV 采用電流速斷，過電流（電壓閉鎖）、 10kV 接地、失壓保護(hù)和進(jìn)線失壓分段開關(guān)自投裝置。如采用環(huán)網(wǎng)供電也可設(shè)線路縱差保護(hù)或其他保護(hù)。整流機(jī)組和動力變壓器除電流保護(hù)外還設(shè)變壓器過溫、過負(fù)荷保護(hù)。直流饋出設(shè)電流速斷、電流增量、過電流延時(shí)、直流開關(guān)柜框架 漏電流、直流系統(tǒng)接地、軌電位限制、故障判斷、自動重合閘以及各開關(guān)間、開關(guān)與整流機(jī)組間的聯(lián)跳和閉鎖等保護(hù)及裝置。10kV、 750V 以及 380V 主開關(guān)的繼電保護(hù)及二次控制裝置均采用微機(jī)保護(hù)與智能化監(jiān)控裝置。 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù) 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的定義：當(dāng)發(fā)生短路故障引起兩臺整流機(jī)組直流引入斷路器或交流斷路器同時(shí)跳閘時(shí)，應(yīng)迅速跳掉全部直流饋線斷路器，以及時(shí)切斷電源 ， 圖見附錄 B1。 牽引變電所聯(lián)跳保護(hù)適用于以下兩種情況： ① 牽 引變電所的兩套整流機(jī)組開關(guān)同時(shí)因故障跳閘。 ② 牽引變電所任何一路直流 饋出開關(guān)失靈拒動 。 當(dāng)牽引變電所內(nèi)部發(fā)生短路時(shí) ， 如 k2 點(diǎn)短路 ， 則流向短路點(diǎn)的短路電流有 6 路 ，兩臺整流機(jī)組 2 路 :Ik Ik2； 相鄰牽引變電所通過 4 路饋線開關(guān)流向短路點(diǎn)的有 4路 ： Ik Ik Ik Iky。若只跳掉兩臺整流機(jī)組的直流開關(guān)或交流開關(guān)是不夠的 (只切斷 Ik Ik2)， 相鄰牽引變電所仍會通過牽引網(wǎng)繼續(xù)向短路點(diǎn)供電 (Ik Ik IkIky)， 因此必須跳掉直流母線上所有開關(guān) ， 以切斷電源 ， 實(shí)現(xiàn)牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳。當(dāng)牽引變電所外部發(fā)生短路時(shí) ， 如果 k1 點(diǎn)短路 ， 則流經(jīng) DS6 開關(guān)的短路電流有 5 路 ，其中兩臺整流機(jī)組的短路電流有 2路 —— Ik Ik2， 相鄰牽引變電所通過 3路饋線流經(jīng) DS6 開關(guān)的短路電流有 3 路 —— Ik Ik Ik5。此時(shí) ， 若饋線開關(guān) DS6 拒動 ， 而又沒有遠(yuǎn)后備保護(hù) ， 就只能通過牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳及時(shí)切斷電源。 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的保護(hù)范圍 ： 無論是牽引變電所內(nèi)部短路還是外部短路，凡引起兩臺整流機(jī)組同時(shí)跳閘的故障均應(yīng)實(shí)行牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳。 由 附錄 B1可以看出 ， 流經(jīng)饋線開關(guān) DS6 的短路電流 IKZ 是由 IK1→IK5 ， 5 個(gè)短路電流組成的 ， 這就說明 ， 如果饋線開關(guān) DS6 失靈拒動 ， 要切斷短路點(diǎn)的電源 ， 只跳石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 掉 DS DS2 是不夠的 ， 還要跳掉 DS DS DS5 等 5 路開關(guān) ， 即必須跳掉牽引變電所直流母線上的所有開關(guān) 。 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù)，就是為當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，迅速切斷電源的一種保護(hù)措施。如發(fā)生一路饋線開關(guān)失靈拒動或兩臺整流機(jī)組直流側(cè)兩路開關(guān)同時(shí)跳閘 (或兩路交流中壓開關(guān)同時(shí)跳閘 )，為迅速切斷電源，都必須實(shí)行變電所內(nèi)部聯(lián)跳，既跳掉直流母線上的所有開關(guān)，否則不能切斷電源，如 附錄 B1 所示 。 圖中 K1(牽引變電所外部短路 )和 K2(牽引變電所內(nèi)部短路 )點(diǎn)短路時(shí)，如果 DS DS2 兩臺直流斷路器或DL DL2 兩 臺交流斷路器同時(shí)動作，則必須實(shí)行變電所內(nèi)部聯(lián)跳，跳掉所有直流饋線斷路器。即跳掉 DS DS DS5 等 饋線開關(guān)，否則不能切斷電源，相鄰牽引變電所繼續(xù)向短路點(diǎn)供電。 直流饋線開關(guān)失靈拒動保護(hù) 目前國內(nèi)地鐵直流饋線開關(guān)設(shè)置了多種保護(hù)和自動裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護(hù) ： 開關(guān)失靈拒動保護(hù)。當(dāng)開關(guān)失靈拒動時(shí)，開關(guān)本身設(shè)置的所有保護(hù)均失效，而饋線開關(guān)又沒有遠(yuǎn)后備保護(hù) ， 這是直流饋線保護(hù)的 “ 軟肋 ” 。眾所周知，從牽引變電所的主接線上看，直流饋線開關(guān)沒有遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備，這是由地鐵供電 網(wǎng)絡(luò) 的構(gòu)成特點(diǎn)所決定的。在直流母線上共設(shè)置 6 路開關(guān) 、 2 路直流引入開關(guān)、 4路饋線開關(guān)，見 附錄 B 1。從電源角度講，每路饋線開關(guān)的上一級有 5路電源開關(guān)，這和交流電路不一樣，交流電路上一級只有一路開關(guān)，所以當(dāng)下一級開關(guān)失靈拒動時(shí)，上一級開關(guān)可以作為它的遠(yuǎn)后備保護(hù)。直流則不然，它的上級 5路開關(guān)都不是它的遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備。從 附錄 B 1中可以看出，當(dāng) K1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如為變電所出口短路，饋線開關(guān)失靈拒動可能引起 2 路直流引入線開關(guān)跳閘，引起變電所聯(lián)跳 ，及時(shí)切斷 5路電源。如果發(fā)生遠(yuǎn)端短路，饋線開關(guān)失靈拒動就非常危險(xiǎn)，此時(shí)將有 5路短路電流IK IK IK IK IK5 持續(xù)不斷流入短路點(diǎn)，短路點(diǎn)的直流電弧將燒毀一切，對于運(yùn)行的電動車輛，尤其危險(xiǎn)，對人身安全造成極大的危害。 其實(shí)，解決這一問題并不需要什么高深技術(shù)和增加投資，直流電路保護(hù)的最大特點(diǎn)就是一個(gè)字： “ 快 ” ，迅速切斷所有電源的唯一可靠的辦法就是通過牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳，迅速切斷電源。 直流饋線保護(hù) 直流饋線保護(hù) ， 在牽引供電系統(tǒng)中是最重要的保護(hù) ， 這是由它的供電方式和供電對象的特點(diǎn)決定的。因 供電方式不同而形成保護(hù)上的不同的“死區(qū)” ； 因供電的對象是隨時(shí)變化并移動的負(fù)荷 ， 還需要在保護(hù)上進(jìn)行配合 ， 這就形成了保護(hù)上的特殊要求。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 直流饋線保護(hù)首先是以保障列車的正常運(yùn)行、保護(hù)旅客的人身安全為第一要素。 因供電方式的不同 ， 保護(hù)設(shè)置不同 ， 形成保護(hù)上的死區(qū)也不同 ， 單邊供電死區(qū)發(fā)生在供電區(qū)段的末端附近 ； 大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在供電區(qū)段的中點(diǎn)附近 ， 運(yùn)行列車主保護(hù)不能斷弧時(shí)死區(qū)發(fā)生在電動車輛的上，可以發(fā)生在列車運(yùn)行區(qū)間的任何位置。 死區(qū)的大小和供電方式、供電距離、保護(hù)措施有密切的關(guān)系 ， 采取適當(dāng)?shù)?供電方式和保護(hù)裝置 ， 死區(qū)是完全可以消除的。 （ 1）單邊供電死區(qū)發(fā)生在末端 死區(qū)的大小 ， 取決于開關(guān)整定值的大小和供電距離的大小 ， 當(dāng)只靠開關(guān)本身整定值保護(hù)時(shí)，形成死區(qū)的范圍見圖 35。 由圖 35 可見 ， 單邊供電時(shí) ， 開關(guān)整定值越大 ， 死區(qū)越大 ； 供電距離越長，死區(qū)也越大 ， 圖中 Izd 為饋線開關(guān)整定值 。 是考慮開關(guān)整定值有 10%的誤差時(shí)確定保護(hù)死區(qū)的范圍。 （ 2） 大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在中點(diǎn)附近 如果只靠開關(guān)的大電流速斷保護(hù)，死區(qū)會出現(xiàn)在兩端變電所的附近，這里所說大雙邊供電死區(qū)發(fā)生在中點(diǎn)是指饋線保護(hù)設(shè)置了雙邊聯(lián)跳 裝置以后形成的死區(qū)。正常雙邊供電是不會形成死區(qū)的，因?yàn)閰^(qū)間任何一點(diǎn)發(fā)生短路，都可以使一端開關(guān)跳閘，并使另一端開關(guān)聯(lián)跳。而采用大雙邊供電時(shí)，在供電區(qū)的中點(diǎn)附近可能出現(xiàn)死區(qū)， 如 圖36， 圖中 Izd 為饋線開關(guān)整定值。 （ 3） 列車主保護(hù)不能斷弧形成的死區(qū) 這一死區(qū)發(fā)生在車上 ， 范圍在整個(gè)供電區(qū)間都可能發(fā)生 ， 直接威脅旅客的生命安全 ， 非?？膳?。 要求變電所的饋線保護(hù)和車輛的主保護(hù)要相互配合和協(xié)調(diào)。 牽引變電所保護(hù)和地鐵車輛的主保護(hù)相互配合的基本原則是 ： ① 地鐵車輛主保護(hù)應(yīng)當(dāng) “ 自己保護(hù)自己 ” ， 即地鐵車輛在運(yùn)行 中無論在任何地點(diǎn) ， 當(dāng)車輛發(fā)生短路故障時(shí) ， 其主保護(hù)應(yīng)動作可靠 ， 不允許有拉弧現(xiàn)象 ， “ 要?jiǎng)幼骶涂煽縿幼鞑嗷?， 不動作就拒動 ” 。絕不允許開關(guān)動作而出現(xiàn)燃弧現(xiàn)象。 ② 牽引變電所饋線保護(hù)應(yīng)當(dāng)延伸至車上 ， 作為車輛主保護(hù)的后備 ， 以防萬一。 圖 35單邊供電保護(hù)死區(qū) 示意圖 圖 36大雙邊供電保護(hù)死區(qū)示意圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 消除以上三種保護(hù)上的 “ 死區(qū) ” ，可靠的辦法就是饋線開關(guān)設(shè)置雙邊聯(lián)跳、及開關(guān)失靈拒動保護(hù)裝置，以使地鐵列車運(yùn)行更加安全。 直流饋線保護(hù) ①大電流短路（瞬動）保護(hù)。這是直流快速開關(guān)自身的大電流整定，主要是作為直流短路保護(hù)。它的整定值應(yīng)躲開一列車的最大起動電流與區(qū)間的列車運(yùn)行平均電 流之和。 ②雙邊聯(lián)跳保護(hù)。雙邊聯(lián)跳是解決死區(qū)保護(hù)的重要措施之一，在正常雙邊供電情況下，由于設(shè)置了雙邊聯(lián)跳保護(hù)，可以消除死區(qū)。但當(dāng)大雙邊供電距離較長時(shí)，在線路中點(diǎn)附近可能會出現(xiàn)死區(qū)，所以進(jìn)行大雙邊供電時(shí)，牽引變電所的雙邊聯(lián)跳裝置應(yīng)自動進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ③電流增量保護(hù)。依據(jù)以下兩個(gè)條件鑒別短路電流和列車起動電流的區(qū)別：短路電流初始上升率 di/dt 大于列車起動電流上升率 di/dt； 短路電流增量 I? 大于列車起動電流增量 I? 。 ④自動重合閘裝置。在直流饋出的保護(hù)中，設(shè)置自動重合閘裝置，其目的就是矯正饋線快速開關(guān)的誤動作或消除瞬時(shí)短路故障，保證安全可靠地供電。 ⑤開關(guān)失靈拒動保護(hù)。利用 /di dt I? 保護(hù)的短時(shí)限動作于跳閘，長時(shí)限動作使?fàn)恳冸娝鶅?nèi)部聯(lián)跳，是切斷故障點(diǎn)電源、實(shí)現(xiàn)斷路器失靈拒動保護(hù)的簡易、可行的辦法。 ⑥線路檢測裝置。在饋線開關(guān)合閘以前，檢測饋電線路是否有短路故障，如檢測結(jié)果有短路故障，則 饋線開關(guān)不能合閘，只有檢測饋出線路無短路故障時(shí)才允許饋線開關(guān)合閘。 ⑦軌道電位限制器。為保證旅客在站臺登車時(shí)的人身安全，為防止走行軌出現(xiàn)不明原因的電位升高而安裝軌道電位限制器。可整定為 65V zdu 120V。 牽引整流機(jī)組保護(hù) 牽引整流機(jī)組主要設(shè)下列保護(hù)： （ 1） 速斷保護(hù) 。 用于保護(hù)牽引變壓器一次側(cè)短路。 （ 2） 過流保護(hù) 。 保護(hù)牽引變壓器的過負(fù)荷、二次側(cè)短路和直流母線短路。 （ 3） 過負(fù)荷短路 。 牽引變電所設(shè)兩套牽引整流機(jī)組，構(gòu)成等效 24 脈波整 流。 由于牽引整流機(jī)組有較高的過負(fù)荷能力，因此可不設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，若設(shè)過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)為過負(fù)荷報(bào)警。 （ 4） 溫度保護(hù) 。 分牽引變壓器過溫報(bào)警、牽引變壓器超溫跳閘、整 流 器過溫報(bào)石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 警、整壓器超溫跳閘。 （ 5）零序保護(hù) 。 適用于小電阻接地系統(tǒng)。若過流保護(hù)滿足靈敏度要求時(shí)，可不設(shè)。若過流保護(hù)無法滿足靈敏度要求時(shí)，還需單獨(dú)設(shè)零序保護(hù)。 （ 6） 整流器硅元件保護(hù) 。 整流器硅元件的設(shè)置有兩種形式：一個(gè)臂上設(shè)一個(gè)硅元件；一個(gè)臂上設(shè)兩個(gè)硅元件。 （ 7） 被直流設(shè)備框架泄漏保護(hù)聯(lián)跳。當(dāng)直流設(shè)備框架泄漏保護(hù)啟動后，聯(lián)跳牽引整流機(jī)組中壓側(cè)饋線開關(guān)以及本站內(nèi)所有直流斷路 器及相鄰牽引變電所直流饋線斷路器，將本站內(nèi)直流牽引供電系統(tǒng)完全斷電隔離。 （ 8） 聯(lián)跳直流進(jìn)線開關(guān) 。 適用于直流進(jìn)線開關(guān)為斷路器的情況。當(dāng)直流進(jìn)線采用隔離開關(guān)時(shí)，無此功能。當(dāng)牽引整流機(jī)組中壓側(cè)饋線開關(guān)跳閘后，聯(lián)跳直流短路器分閘，可以將牽引整流機(jī)組斷電隔離。 牽引變電所 牽引變電所設(shè)置 牽引變電所是列車牽引供電的核心，根據(jù)牽引供電計(jì)算要求和線路情況，設(shè)置在沿線相關(guān)的位置。 牽引變電所位置的選擇，應(yīng)遵循以下原則進(jìn)行： ①對于地下線路，如果地面有地方，牽引變電所設(shè)于地面比較合適，以便于運(yùn)營維護(hù)。在線路通過人 口稠密、商業(yè)繁華的地區(qū)時(shí)，線路需從地下通過。要在這樣地區(qū)的地面上找到設(shè)置牽引變電所的地方確實(shí)很困難。地下車站降壓變電所是一定要建在地下的，故而對島式車站一般將牽引變電所和降壓變電所合建于地下車站的站臺端比較合適。 ②地下車站設(shè)置牽引變電所時(shí)，一般位于車站站臺端，或建于車站一側(cè)端頭井以里；地面車站設(shè)置牽引變電所時(shí)，宜與地面站務(wù)用房合建。 ③牽引變電所的設(shè)置應(yīng)首先考慮有列車檢修線的車站一端，檢修線應(yīng)由專用回路供電，列車夜間檢修時(shí)，不影響線路的正常停電維修。 ④地下車站牽引變電所應(yīng)和車站主排水站分別設(shè)于車站的兩端 ，以免牽引變電所的地下通道滲水。 為了減少地面拆遷、施工方便，地鐵四號線的牽引變電所（除車輛段和停車場外）均設(shè)在車站內(nèi)并和降壓變電所合建為牽引、降壓混合變電所。牽引變電所在線路上設(shè)置的位置、數(shù)量和容量，需根據(jù)遠(yuǎn)期運(yùn)行高峰小時(shí)的車流密度、車輛編組及車輛型式進(jìn)行牽引供電計(jì)算，經(jīng)多方案的比選后確定。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 牽引變電所在線路上的設(shè)置除滿足工程結(jié)構(gòu)、建筑裝飾，使用要求如運(yùn)輸通道、防災(zāi)、電磁兼容等外，還必須同時(shí)滿足下列四個(gè)條件。 (1)變電所設(shè)備的供電能力應(yīng)滿足四號線遠(yuǎn)期運(yùn)輸能力的要求，即滿足近期 3 分鐘，遠(yuǎn)期 2 分鐘行車間隔， 車輛為 VVVF 調(diào)速 B 型車， 6 輛編組加裝空調(diào)的要求。雙邊供電時(shí)可單機(jī)組運(yùn)行，大雙邊或單邊供電時(shí)要求變電所雙機(jī)組。 (2)牽引網(wǎng)電壓波動范圍