探讨城市轨道交通供电系统建模与直流馈线保护

文/杨晓鸿

【摘 要】随着我国社会经济的飞速发展，仅仅依靠城市的地面已经不能够符合人们日渐增强的出行要求，而此时城市轨道交通则成为了对城市交通问题进行缓解的良好措施。但是在城市轨道交通不断发展的过程中，其供电系统还是存在着一定的问题。在本文中，将就城市轨道交通供电系统建模与直流馈线保护进行一定的分析与探讨。

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关键词 城市轨道交通；供电系统建模；直流馈线保护；

1.引言

在我国现今社会中，人们的出行越来越依靠城市轨道交通，其也正式成为了人们出行的一种主要方式。而在轨道交通中，其供电系统中馈线保护装置的合理性、安全性将直接对轨道的安全运行产生重要的影响。其能够有效的防止列车在运行过程中出现过负荷以及短路的问题发生，并在列车发生故障时及时的对故障切除，从而对旅客、列车的安全进行保证。这就使得对直流馈线保护的应用成为了人们最需要关注的问题。

2.城市轨道交通供电系统模型

在轨道交通中，其主要以直流牵引的方式进行供电。而这种供电系统也就是相当于一个串联电路：

当图1中开关进行闭合时，就能够对牵引网短路现象进行模拟。同时，电路出现短路问题的方式有很多种，比如电弧短路、金属性短路以及接地短路等等。而一旦在轨道电路中出现了短路现象，那么其数学模型则为：

在上式中，E代表额定电压；i代表供电网的短路电流；L代表等效电感；R代表电阻；uh代表短路位置的电弧压降；由于短路位置的电弧压降同电流的大小没有直接的联系，当我们将电弧中压降设为uh0时、电弧的长度为lh时，那么则有：

经对上式进行求解，就可以得出当电网出现短路时，短路电流的值i为：

在对上式中短路电流i进行求导可得：

由上式我们可以看出，当发生短路故障时，那么此时的电流上升率最高。但是随着时间的推移，这个上升率也会逐渐衰减至0。同时，我们也可以看出线路电感同上升率之间存在着反比的关系，这也就说明了发生短路的位置越靠近接触网末端，那么其上升率也就越小。

3.城市轨道交通直流馈线保护方式

3.1大电流脱扣保护

对于大电流的保护来说，应当按照定制对馈线的峰值电流进行设定，且该设定的值应当同机车电流的最大值不重复，并对相应的安全系数进行考虑。

3.2电流上di/dt升率以及电流增量△I的保护

在该保护中，应当对气动执行器以及返回值进行确定，同时对电流上升率以及电流增量的保护时间进行确定。

在对电流上升率进行设定的过程中，应该保证其数值应当处在电流变化率以及短路电流变化率之间。而我们知道，机车变化率会远远小于短路电流变化率，所以在对上升率进行确定时则应当将范围尽可能的扩大，并以此来避免当机车进行启动时可能对保护情况错误引起的问题发生。而对于启动值的确定来说则应当选取当t=0时di/dt的值。

而对于△I保护来说，则应当在电流脱扣跳闸装置之后进行动作，而为了对错误动作进行避免，所以对△I值则应当尽可能的设高，但是这个高值也应当控制在适当的范围之内，因为△I值过高的话则不能够对远端进行良好的保护。这就需要应当根据线路的实际情况对合理的值进行选择。

同时，在对△I进行设定的过程中应当对△I的延迟保护时间进行设定，因为在车内应经设置了电感、电容以及滤波器，那么当机车同绝缘网进行接触时，作为滤波器来说也存在着一个充电的过程，而这时就能够对△I以及di/dt进行保护。所以对于上述两者进行保护的延迟时间则应当大于因为机车内部设置滤波器而可能出现谐振的误差时间。同时因为di/dt在经过0时会由于同F相比过小而返回，所以在设定时只要对△I大于谐振周期进行保证就能有效的对机车谐振影响进行避免。

3.3定时限过流保护

当直流馈线的△I以及di/dt都不能进行有效的保护动作时，就需要相应的电流保护作为以上几种保护方式的备用保护。而为了对这个范围进行扩大，则应当尽可能的将过电流保护的值设置小，而时间则应当尽可能的大，这个值的理想值就大于上述两者的保护延迟时间。同时，还应当对接触网的相关特性进行考虑，通常来说，对电流进行设定时应当以馈线的最大承受负荷进行计算，而延迟时间则应当以机车运行时的时间曲线以及电流峰值时间来进行确定。

4.结束语

在上文中，我们通过对城市轨道交通中的供电系统建模与直流馈线保护进行一定的分析，并对其中需要重点把握的关键之处进行了一定的了解，从而为我国城市日后的支线馈线保护装置的良好运行以及优化提供了一定的理论基础。

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参考文献

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（作者单位：宁波市鄞州职业教育中心学校）