城市軌道交通供電系統直流短路試驗

1 　引言
目前在新建成的城市軌道交通中,如廣州地鐵、上海地鐵和上海明珠線,都是采用直流1 500 V 作為牽引動力。直流短路試驗是城市軌道交通必做的試驗,其目的是根據試驗數據來調整磁式大電流和后備保護單元(3UB61) 的保護定值,使之動作可靠,不發生拒動和誤動的情況。
2 　直流保護的工作原理
城市軌道交通采用1 500 V 直流作為牽引動力, 區間很短,故發生接觸網短路時,短路電流很大,為此設置了保護設備。直流保護一般由磁式大電流和保護單元(3UB61) 組成。
磁式大電流保護裝置直接安裝在直流斷路器本體上,當發生直流短路時,短路電流很大,利用電磁原理,產生巨大的電磁力,使直流斷路器快速跳閘, 切斷電源,保護設備。
保護單元(3UB61) 是后備保護,用于保護中長距離的線路故障,主要通過檢測電流的變化率 來反映線路是否有故障。當電流的變化率 達到設定的動作值時,保護裝置動作,使直流斷路器跳閘。
保護定值設定不恰當,會出現保護拒動和誤動的情況,造成設備損壞和較大的社會影響,故在城市軌道交通中將通過短路試驗來檢查保護設備的可靠性并設定保護定值。
3 　試驗方法及注意事項
3. 1 　試驗方法
用1 臺200 MHz 的數字示波器(帶記憶和打印功能) 來記錄電壓和電流的波形,示波器的2 路探頭分別連接到電壓變換器和電流變換器上,并設定電流達到400 A 時觸發,記錄電流和電壓波形。
3. 2 　注意事項
因直流短路時短路電流很大,甚至達到上萬A , 這將會損傷對直流斷路器的觸頭,試驗前必須做到萬無一失。
(1) 按設計院提供的保護定值,調整保護裝置的定值。
(2) 在指定地點用接地線把接觸網和鋼軌短接, 接地線與接觸網相連接時要用一段延伸輔助線,以免短路時燒毀燒傷接觸線;接地線與鋼軌連接時,需對鋼軌進行除銹處理,且連接牢固,以免連接處產生較大的接觸電阻,電流過大時燒傷鋼軌和燒斷接地線。
(3) 為防止短路時保護設備拒動, 造成設備損壞,必須有一操作人員站在直流開關柜旁,聽從試驗人員的命令,及時手動分閘以保護設備。
(4) 短路試驗后要打開直流斷路器,檢查觸頭是否受損,若影響使用,則需更換。

4 　試驗數據及對試驗數據的分析評估
　　直流短路試驗是破壞性試驗,故僅選取典型的線路(最長、最短等) 做了幾次短路試驗。直流短路時典型的電壓和電流波形見圖1 、2 。

圖1 　直流短路時電壓波形

　　從表1 數據分析可得出以下結論: 設計計算的最大短路電流基本上與實際測量值相符(尤其是后3 次試驗),說明接觸網參數與實際相符; 短路時最大壓降很小(壓降為2313 %) ,與交流系統相比( 壓降為70 %) 壓降較小,說明直流斷路器動作靈敏;設計按最小112 的安全系數考慮是完全可行的,保證了直流斷路器能可靠動作。