地铁直流牵引供电系统中的dit和ΔI保护
 

摘要： 通过广州地铁直流牵引系统非金属性短路故障保护的实现，分析了电流上升率dit和从事地铁供电系统的运行电流增量ΔI保护原理和动作过程，给出了保护整定原则以及广州地铁10V直流断路器的整定参数。维护工作。
关键词： 直流牵引； 短路保护； 地铁； 广州
0 引言和电流增量Δ这两种保护是通过专用的保护继电器实现的。原理见图1。

      随着城市轻轨和地铁系统的迅速发展，直流牵引供电系统得到了越来越广泛的应用。电流上升率dit和电流增量Δ I保护被越来越多地应用到这些系统之中。
      直流系统短路具有短路电流上升速度快，短路电流大的特点，因此直流系统的保护有别于交流系统。在地铁直流牵引系统常用的保护中，电流上升率dit保护和电流增量ΔI保护是两种重要的保护。这两种保护可以在短路发生的初期检测到故障，相应的断路器可以在短路电流达到稳态值之前将故障回路切除，保护设备的安全。本文简要介绍这两种保护的原理及整定原则。
 
1 保护原理在广州地铁的直流牵引系统中，电流上升率dit
      直流馈线电流的测量是通过分流器 和变送器 来实现的。电流在分流器 上的压降通过变送器 隔离、放大后，转换成标准信号，进入保护单元。
      直流牵引的正常电流与故障电流在特征上有比较明显的区别。例如，假设列车的最大工作电流为4，列车启动时电流从零增长到最大值需要8s， 那么一列列车正常的启动电流上升率仅为5 。而故障电流的上升率可达到单列列车启启动电流的几十甚至上百倍。dit和ΔI保护就是根据故障电流和正常工作电流在上升率这一特征上的不同来实现保护功能的。
      在实际运用中，dit和ΔI是通过相互配合来实现保护功能的，而且这两种保护的启动条件通常都是同一个预定的电流上升率。在启动后，两种保护进入各自的延时阶段，互不影响，哪个保护先达到动作条件就由它来动作。一般情况下，dit保护主要针对中远距离的非金属性短路故障，ΔI主要针对中近距离的非金属性短路故障（金属性直接短路故障由断路器自身的电磁脱扣装置来跳闸）。以下详细介绍两种保护的动作过程。
1.dit电流上升率保护（以下简称dit）
      在运行中，保护装置不断检测电流上升率。当电流上升率高于保护设定的电流上升率时，dit保护启动，进入延时阶段。若在整个延时阶段，电流的上升率都高于保护设定值，那么保护动作； 若在延时阶段，电流上升率回落到保护设定值之下，那么保护返回。
      图2表示了一个电流波形在两种保护整定值下的动作情况。在图中分别用“（1）” 和“（2）” 来代表这两种情况。图2中，a点电流上升率高于dit保护整定值，保护启动。在b点，对于情况（来说保护延时达到dit保护延时整定值，且在间电流上升率始终高于dit保护整定值，保护动作； 对于情况（2）， 在c点，电流上升率回落到保护整定值以下，而此时保护延时整定值尚未达到，保护返回。
 
2 Δ I电流增量保护（以下简称Δ I）
      在dit保护启动的同时ΔI保护也启动进入保护延时阶段，从ΔI保护启动的时刻开始继电器以启动时刻的电流作为基准点计算相对电流增量。若电流上升率一直维持在dit保护整定值之上，在达到ΔI保护的延时整定值后，电流增量达到ΔI保护整定值，则保护动作。
     在计算电流增量的过程中允许电流上升率在相对较短的时间内回落到dit保护整定值之下。只要这段时间不超过dit返回延时整定值，则保护不返回； 反之保护返回。
图3是ΔI保护针对几种典型电流的动作情况：
电流（1）： 保护未动作，电流增量虽然超过ΔI整定值，但延时时间不足。
电流（2）： 保护动作，电流增量超过ΔI整定值，延时时间满足。
电流（3）： 保护动作，电流增量超过ΔI整定值，延时时间满足。在电流上升的过程中，虽然电流上升率曾经回落到dit整定值以下，但未达到dit返回延时值，因此保护未返回。
电流（4）： 保护未动作，在电流上升的过程中，电流上升率回落到dit整定值以下，且超过dit返回延时值，因此保护返回。在e点保护重新启动，并以e点作为新基准点。

3 保护的方向性
      为了避免保护越区跳闸，dit和ΔI保护必须具有方向性。一些旧型号的保护继电器对于反向电流是不会动作的。由于微机型保护继电器的普及，新一代的继电器对于正向及反向电流可以有不同的整定值。一般来说，反向电流的整定值比正向电流的整定值大得多。这样对于系统可靠性又有了一定的提高。
4合闸
      闭锁在双边供电线路中，当断路器合于带负载的线路上时，由于负载电流根据线路阻抗的大小而重新分配，流过新合上断路器的电流与故障电流非常相似。在这种情况下，保护有可能误动作。因此，保护装置需要设置相应的闭锁措施。
      在控制电路中，开关柜控制单元通过图1中的电压变送器 来判断合闸前线路是否处于有压状态。如果
线路处于有压状态，则控制单元在断路器合闸时输出闭锁信号至保护单元。断路器在合闸后，保护单元将dit和ΔI保护闭锁约0，以躲过合闸时的冲击电流。
      2ddt和ΔI保护整定的原则在双边供电线路中，dit和ΔI保护整定的原则如下： （dit的整定值应尽可能的小），以获得尽可能大的保护范围。（dit的整定值应足够大，以躲过列车的启动电流和滤波器充电电流。）ΔI的整定值应足够大，以躲过保护区域之外发生故障时的故障电流。（dit的延时应足够长，以免越区跳闸。）

3结论
      由于线路及列车情况的复杂性，dit及ΔI保护的整定值除了理论计算外，必须经过相应的现场试验来最终确定。广州地铁10V直流断路器较为典型的保护整定值见表1。
表1保护整定值

      广州地铁几年来的运营表明，dit和ΔI保护能够迅速准确地切除非金属性短路故障，可靠性较高，对设备的安全运行起到了非常重要的作用。