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地铁DC1500V直流牵引供电设备及原理简介2012.4.91综述采用1500V直流双边供电系统，在牵引变电所，通过干式整流器实现24脉波整流，将33kV交流电转变为1500V的直流电，输送到母排后通过1500V直流开关经直流电缆输送到接触网上。每座牵引变电所设两台整流机组，均接于同一段母线上。每台整流变压器通过断路器与33kV母线连接。2012.4.91综述直流1500V母线为单母线接线。一般牵引变电所馈出4回直流1500V电源,分别接至接触网上下行，与相邻牵引变电所构成双边供电。1500V直流开关选用SECHERON直流快速断路器，开关设置在小车上便于维护。进线开关及回流柜采用SIEMENS公司的S7控制器，馈线开关采用SIEMENS公司的DPU96作测控保护单元。2012.4.921500V直流开关基本构成1500V直流开关选用SECHERONHSCBUR40-82S直流快速断路器，开关设置在小车上便于维护。1500V直流开关主要由上部连接、下部连接、驱动装置、合闸机构、分闸机构、大电流脱扣保护装置、灭弧装置以及分合闸位置辅助触点组成。其中驱动装置和大电流脱扣保护装置是1500V直流开关的核心部分。2012.4.91500V合闸驱动装置2012.4.9大电流脱扣保护装置整定装置整定2012.4.91500V小车线圈线圈2012.4.9小车动静触头触头2012.4.91500V直流开关控制1500V直流开关采用西门子DPU96测控保护单元，实现对开关的控制、保护、测量及通信功能。主要功能如：•Imax(静态过电流分析)•ΔI(涌流分析)•di/dt(电流上升率分析)•接触网热过负荷保护•定时限过电流保护•断路器故障保护•输出电压监视•联跳功能•框架故障处理•测量存储器•事件存储器•报警存储器2012.4.91500V直流开关控制1500V直流开关控制方式有三种：1）在开关本体上直接分闸打开1500V开关柜门，转动小车面板前的操作手柄至分闸位，不需要经过DPU96判断条件可以直接分闸，也就是将机械转动直接作用在大电流脱扣装置上，使开关脱扣分闸。2）当地位分合闸在1500V开关柜面板上用分合闸按钮发触发信号给本开关DPU96，经DPU96运算判断后进行分合闸。3）远方位控制牵引所内4台馈线直流1500V开关的DPU96、2台进线直流1500V开关及回流柜的S7各自通过通信模块，以PROFIBUS总线协议构成网络，经牵引所内RTU进行通信协议转换后，实现牵混所中央信号屏、牵混所监控微机、OCC控制中心对1500V直流开关的分合闸，并取得开关保护、电流电压量、操作记录等数据。2012.4.91500V直流开关的保护大电流脱扣保护直流进线、馈线开关设置大电流脱扣保护。大电流脱扣主要用于接触网近端短路保护，它在1500V直流开关上利用电磁原理实现保护分闸。进线开关整定值为12000A，馈线开关整定值为9000A。2012.4.91500V直流开关的保护Imax保护直流馈线开关设置有Imax保护，即电流速断保护。在DPU96中可设定Imax的整定值，只要DPU96检测到开关主电路中电流大于此整定值则DPU96保护分闸。馈线开关整定值Imax=7500A2012.4.91500V直流开关的保护过电流保护直流馈线开关设置过电流保护。当电流达到整定值3000A并持续30s后DPU96保护分闸。2012.4.91500V直流开关的保护di/dt保护直流馈线开关设置有di/dt保护，即电流变化率保护。开关合闸后，测量装置不断检测开关主电路中电流的变化率di/dt，当di/dt≥24A/ms时发出报警，di/dt≥30A/ms时触发DPU96产生中断。在40ms内如果电流变化率仍高于30A/ms则40ms后DPU96保护分闸；如果40ms内电流变化率低于30A/ms，则di/dt复零，中断退出。2012.4.91500V直流开关的保护ΔI保护直流馈线开关设置ΔI保护，即电流增量保护。在di/dt被触发后（di/dt≥40A/ms）持续1ms，ΔI达到整定值4000A(馈线开关)，经过延时(1ms)，ΔI动作，DPU96保护分闸。di/dt保护和ΔI保护是直流接触网末端短路的主保护。2012.4.91500V直流开关的保护接触网热过负荷保护直流馈线开关设置有接触网热过负荷保护。由于1500V的直流供电系统的电流较大，如果供电导体长时间通过大电流，可能会因供电导体的机械强度降低而导致故障发生。DPU96通过连续检测开关主电路中电流的大小和时间计算，判断结果后发出报警，如果电流持续增大则DPU96保护分闸并闭锁，经过设定的冷却时间后才可以重新合闸。2012.4.91500V直流开关的保护反向电流保护直流进线开关设置有反向电流保护。对于进线开关，在其S7（控制器）中检测进线电流的方向及大小，一旦进线电流出现反向(即流入整流器方向)且大于所设定飘移值，则DPU96保护分闸，同时DPU96控制输出，通过硬线触点联跳33kV整流变进线开关及另外一台1500V进线开关。2012.4.91500V直流开关的保护二极管逆流保护1500V采用24脉波全波整流系统，在二极管整流器上装设有逆流保护。其原理为：在整流器的每一个整流桥臂上都装有1个穿心式电流互感器，如果整流桥臂内的某个二极管反向击穿，则在这个二极管支路的熔断器开始熔断的弧前时间和燃弧时间内，将有故障电流流经这个桥臂，接在电流互感器二次侧的逆流保护单元就有信号输出，向整流机组33kV进线开关保护装置发出跳闸信号，33kV开关保护分闸，同时33kV保护控制输出向1500V进线开关DPU96发跳闸信号，DPU96再保护分闸1500V进线开关。2012.4.91500V直流开关的保护框架保护直流开关柜、整流器柜、回流柜设置有框架保护。框架保护分为电流型框架保护和电压型框架保护。其原理为:负极柜的S7（控制器）检测框架与大地之间的电流和框架对负极的电压，达到整定值则S7输出控制，通过硬线触点向本所所有1500V直流开关及邻所相邻1500V直流开关发出联跳信号(脉冲宽度大于500ms)，每个直流开关的DPU96或S7收到信号后保护分闸同时闭锁自动重合闸程序。2012.4.9框架保护系统配置图2012.4.91500V直流开关的保护馈线开关联跳邻所功能及自动重合闸程序当馈线开关DPU96检测判断发生大电流脱扣分闸、Imax保护、过电流保护、di/dt保护、ΔI保护，DPU96通过硬线触点向邻所馈线1500V直流开关发联跳信号(设计整定脉冲宽度少于500ms)，联跳邻所馈线1500V直流开关；邻所馈线开关DPU96检测到联跳信号后进行判断，满足条件（联跳脉冲宽度少于500ms）则跳闸并进入重合闸程序，如果脉冲宽度大于500ms（框架保护动作）则跳闸后退出重合闸程序；供电分区两端的馈线开关跳闸后，如果DPU96进入重合闸程序，小车的快速合闸功能设定在开启状态，检测到正负极电压高于DC1000V，则延时2秒后直接合闸。若检测到正负极电压低于DC29.5V，则不合闸，闭锁小车线路测试。如果检测到正负极电压高于DC29.5V，低于DC1000V，则启动线路测试，线路测试回路每次测试总时间最长为85秒，每次测试时间为2秒，每次测试间的时间间隔为15秒，共测试3次，若测试接触网电阻小于2欧姆则测试不通过，连续3次测试不通过则DPU96退出重合闸程序。2012.4.91500V测试回路图12012.4.91500V测试回路图22012.4.9