工业技术
地铁供电系统直流侧短路故障原因分析
王 勇
身份证：[***********]，重庆 402260
摘要：随着我国经济的迅速发展，城市化建设的加快，国内各大城市的地铁线路数量日益增加，地铁供电系统安全性及可靠性是保障地铁安全运行的基础条件。直流系统短路故障分析为地铁供电系统的安全性提供了必不可少的保障，具有重要意义。基于此，本文着重分析地铁供电系统直流侧短路故障。 关键词：地铁供电系统；直流；短路故障 中图分类号：U226
文献标识码：A
文章编号：1671-5810(2015)09-0146-02
1 地铁供电系统
地铁工程中重要机电设备系统之一，它担负着为地铁列车和各种辅助设备供电的重要任务。供电系统的安全性，关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面。直流系统短路故障分析即是地铁直流牵引供电系统设备选型及继电保护整定计算的依据，同时也是保证继电保护可靠性、选择性、灵敏性及速动性的基本条件，为地铁供电系统的安全性提供了必不可少的保障，具有重要意义。
2 地铁供电系统概述
地铁供电系统，是保障地铁运输任务和辅助设备供电的关键系统，由变电所、接触网或接触轨和环网等几部分组成，其中变电所有主变电所、牵引变电所、降压变电所、跟随式变电所等。地铁供电系统的可靠性，包括持续的供电能力、紧急救援、故障处理、应急措施等方面。目前国内各大城市地铁供电方式主要有分散供电、集中供电、混合供电三种方式。
地铁供电系统的外部电源是城市电网，牵引变电所通过牵引整理机组将10KV 、35 KV等中压电源变压成适合地铁系统的直流电压，为城轨电动列车供电。为保证地铁直流牵引供电系统的可靠性，目前我国大多采用双牵引整流机组大双边供电方式，设备都已经实现了自动化和智能化。
3 地铁供电系统直流侧短路故障分析 3.1 近端暂态短路电流
24脉波整流器直流侧短路运行时，各整流桥总有3个换流阀同时导通，变压器副边三相电连续导通，且三相电流对称，导通示意图如图1所示。如图所示，三相交流电总是一相流入(或流出) ，另外两相流出(或流入) ，处于流入(或流出) 的单相交流电流总是等于直流侧电流。再由于换流阀的换相作用，直流侧电流总是从整流桥正极流向负极。故直流侧电流总是等于三相交流电瞬时值的绝对值的最大值。
图1 单个整流桥电流示意图
若将三相交流电取负，形成新的三相交流电，与原有三相交流电组合可形成相位差各差60o 的等效6相交流电流。146 2015年9期
按时间顺序取每个时刻6相交流电的瞬时最大值作为直流侧电流便可得到单个整流桥的直流侧电流。由于24脉波整流电路的4个整流桥直流侧采用并联方式连接，其直流侧短路电流为4个整流桥直流侧电流之和。另外，由于24脉波整流电路整流桥交流侧等效电压源初相位各相差15o ，等效电压源内阻相等。
3.2 非金属性短路
非金属性短路主要是指第三轨或接触网与走行轨经过渡电阻短路或者是绝缘泄漏，从而发生非金属性短路故障。比如在雨雪天气环境下，暴露在户外的城市轻轨在雨水或者是积雪作用下被覆盖，间接的成为导体从而与走行轨发生短路。另一方面，也可能是在长时间的运行过程中接触网或者是第三轨的出现绝缘老化现象，从而导致电流外放和泄漏，泄漏的电流通过绝缘支持装置再流向接地系统后经由变电所地网，最终回流至变电所负极，从而引发非金属性短路故障。同金属性故障相比，非金属性故障下产生的短路电流相对较小，所以造成了其短路现象不容易被察觉。但是随着运行时间的不断加长，可能会产生接触电压或者是跨步电压，严重情况下还会出现电弧，从而使短路故障进一步扩大，给城市交通轨道供电系统的稳定运行以及人身安全都带来了较为严重的影响。
3.3 金属性短路
金属性故障主要是指由于第三轨或者是接触网与走行轨间产生直接金属性接触后，造成其绝缘部分击穿，从而形成与大地的短路。比如在2010年时，北京地铁一名乘客随身携带的金属水平尺从站台中坠落，造成正在运行中的列车与第三轨之间的通路，从而导致了金属性短路故障的发生。造成该种故障的另外一种原因也可能是在停电检修作业的过程中，没有及时将接触网接地线撤销，从而在恢复供电时发生金属性短路故障，如果此时特别是在运行期间不能及时对故障位置进行确定和排出，势必会对轨道交通的运行产生较大的影响。
4 基于贝瑞隆模型的时域故障定位原理和实现 4.1 基本原理分析 对于地铁来说，其供电直流侧发生短路故障后，导致了保护装置动作，在该故障造成的过程中，其进行故障定位时能够采用的主要数据为在保护动作发生前馈线保护装置所记录的电流和电压信息，不利于故障定位的实现。不论是对于以上单端测距还是双端测距方法来说，其都是以电压以及电流的基波相量为基础的，但是在当前故障发生和切除时间越来越短的情况下，大多数基波相量数据是无法进行准确提取的。
工业技术
地铁供电系统直流侧短路故障原因分析
王 勇
身份证：[***********]，重庆 402260
摘要：随着我国经济的迅速发展，城市化建设的加快，国内各大城市的地铁线路数量日益增加，地铁供电系统安全性及可靠性是保障地铁安全运行的基础条件。直流系统短路故障分析为地铁供电系统的安全性提供了必不可少的保障，具有重要意义。基于此，本文着重分析地铁供电系统直流侧短路故障。 关键词：地铁供电系统；直流；短路故障 中图分类号：U226
文献标识码：A
文章编号：1671-5810(2015)09-0146-02
1 地铁供电系统
地铁工程中重要机电设备系统之一，它担负着为地铁列车和各种辅助设备供电的重要任务。供电系统的安全性，关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面。直流系统短路故障分析即是地铁直流牵引供电系统设备选型及继电保护整定计算的依据，同时也是保证继电保护可靠性、选择性、灵敏性及速动性的基本条件，为地铁供电系统的安全性提供了必不可少的保障，具有重要意义。
2 地铁供电系统概述
地铁供电系统，是保障地铁运输任务和辅助设备供电的关键系统，由变电所、接触网或接触轨和环网等几部分组成，其中变电所有主变电所、牵引变电所、降压变电所、跟随式变电所等。地铁供电系统的可靠性，包括持续的供电能力、紧急救援、故障处理、应急措施等方面。目前国内各大城市地铁供电方式主要有分散供电、集中供电、混合供电三种方式。
地铁供电系统的外部电源是城市电网，牵引变电所通过牵引整理机组将10KV 、35 KV等中压电源变压成适合地铁系统的直流电压，为城轨电动列车供电。为保证地铁直流牵引供电系统的可靠性，目前我国大多采用双牵引整流机组大双边供电方式，设备都已经实现了自动化和智能化。
3 地铁供电系统直流侧短路故障分析 3.1 近端暂态短路电流
24脉波整流器直流侧短路运行时，各整流桥总有3个换流阀同时导通，变压器副边三相电连续导通，且三相电流对称，导通示意图如图1所示。如图所示，三相交流电总是一相流入(或流出) ，另外两相流出(或流入) ，处于流入(或流出) 的单相交流电流总是等于直流侧电流。再由于换流阀的换相作用，直流侧电流总是从整流桥正极流向负极。故直流侧电流总是等于三相交流电瞬时值的绝对值的最大值。
图1 单个整流桥电流示意图
若将三相交流电取负，形成新的三相交流电，与原有三相交流电组合可形成相位差各差60o 的等效6相交流电流。146 2015年9期
按时间顺序取每个时刻6相交流电的瞬时最大值作为直流侧电流便可得到单个整流桥的直流侧电流。由于24脉波整流电路的4个整流桥直流侧采用并联方式连接，其直流侧短路电流为4个整流桥直流侧电流之和。另外，由于24脉波整流电路整流桥交流侧等效电压源初相位各相差15o ，等效电压源内阻相等。
3.2 非金属性短路
非金属性短路主要是指第三轨或接触网与走行轨经过渡电阻短路或者是绝缘泄漏，从而发生非金属性短路故障。比如在雨雪天气环境下，暴露在户外的城市轻轨在雨水或者是积雪作用下被覆盖，间接的成为导体从而与走行轨发生短路。另一方面，也可能是在长时间的运行过程中接触网或者是第三轨的出现绝缘老化现象，从而导致电流外放和泄漏，泄漏的电流通过绝缘支持装置再流向接地系统后经由变电所地网，最终回流至变电所负极，从而引发非金属性短路故障。同金属性故障相比，非金属性故障下产生的短路电流相对较小，所以造成了其短路现象不容易被察觉。但是随着运行时间的不断加长，可能会产生接触电压或者是跨步电压，严重情况下还会出现电弧，从而使短路故障进一步扩大，给城市交通轨道供电系统的稳定运行以及人身安全都带来了较为严重的影响。
3.3 金属性短路
金属性故障主要是指由于第三轨或者是接触网与走行轨间产生直接金属性接触后，造成其绝缘部分击穿，从而形成与大地的短路。比如在2010年时，北京地铁一名乘客随身携带的金属水平尺从站台中坠落，造成正在运行中的列车与第三轨之间的通路，从而导致了金属性短路故障的发生。造成该种故障的另外一种原因也可能是在停电检修作业的过程中，没有及时将接触网接地线撤销，从而在恢复供电时发生金属性短路故障，如果此时特别是在运行期间不能及时对故障位置进行确定和排出，势必会对轨道交通的运行产生较大的影响。
4 基于贝瑞隆模型的时域故障定位原理和实现 4.1 基本原理分析 对于地铁来说，其供电直流侧发生短路故障后，导致了保护装置动作，在该故障造成的过程中，其进行故障定位时能够采用的主要数据为在保护动作发生前馈线保护装置所记录的电流和电压信息，不利于故障定位的实现。不论是对于以上单端测距还是双端测距方法来说，其都是以电压以及电流的基波相量为基础的，但是在当前故障发生和切除时间越来越短的情况下，大多数基波相量数据是无法进行准确提取的。