智能牵引变电站（共9篇）
智能牵引变电站 篇1
近年来，随着国内高速铁路及城市轨道交通领域的快速发展，牵引变电站自动化水平日益提高，运营管理部门正面临以下问题：（1）正常运行时，面对大量的各类运行信息，值班人员的监控任务较重，很容易遗漏重要告警信息；（2）一旦发生事故，动作事件及相关信息更多，值班人员眼花缭乱，很难抓住重点，从而影响事故的正确处置；（3）站内的自动化设备多、涵盖技术领域广，所需知识技能繁杂，单靠运行维护人员的自身学习，局限性大、时效性差，缺乏专家经验的及时辅助和指导。目前常规的牵引变电站监控系统在实时通信、信息采集和运行控制等方面已很成熟、完善，但在站域分析、辅助决策等功能方面却相对较弱，专业领域分析较多地关注于单一设备的在线监测[1]等方面，显然不能很好地满足牵引变电站自动化系统的运行维护需要。为了更好地满足上述新要求，顺应当前牵引供电综合自动化系统由数字化向智能化发展趋势，提出了一种基于分层推理架构的智能报警专家系统设计方案，该智能报警专家系统可以作为高级应用与牵引变电站当地监控系统相集成，统一平台部署、一体化运行。
1 可编辑公式处理层与规则模式匹配层相结合的分层推理架构
智能报警专家系统由在线分析主程序、知识（规则）数据库及离线配置工具组成，其数据流程如图1所示。当牵引变电站监控系统采集的遥信、遥测等实时量和保护动作、装置告警等离散事件信息作为输入对象进入专家系统的输入对象队列后，一方面可经过智能告警模块的筛选，根据对象的属性和严重紧急程度，被划分为普通提示、检修、告警、事故与变位等类型信息，分别在系统报警界面上分视图、分间隔显示，可显著降低运行值班人员的工作强度[2,3]；另一方面，经由可编辑公式处理层处理，根据计算结果触发事实（中间）对象，后者可作为前提条件继续经由规则模式匹配层处理，最终完成规则匹配、得出诊断结论。
可编辑公式处理层可通过编写公式脚本的方式灵活地支持对各种输入信息进行数值运算、逻辑运算和函数运算，允许组合、嵌套、条件选择及递归处理，如支持以下运算类型和处理：
(1）代数运算，包括加（+）、减（-）、乘（（*）、除（/）幂（^）、取绝对值（abs）、取反（neg）和开方（sqrt);
(2）按位运算，包括与（&）、或（|）、非（～）；
(3）三角运算，包括sin、cos、tg、ctg、acsin、accos actg和acctg;
(4）逻辑运算，包括与（&&）、或（|）、非（！）、大于（>）、大于等于（≥）、小于（<）、小于等于（≤）、等于（=）、不等于（<>）；
(5）括号（），优先级选择；
(6）关键字if…then…else…，条件选择。
可编辑公式处理层具有极高执行效率，所有编辑好的公式脚本只需在专家系统启动时进行一次编译校验并生成可执行的代码，不需要在每次公式计算时都进行语法检测；通过公式表、计算量表和计算量参数表等二维表的关联映射，每个公式脚本都可以应用于任意多项实际的运算处理，不需要由于运算对象的不同而重复定义；每次公式的运算结果即可直接触发事实（中间）对象进入规则模式匹配层的处理，也可以作为中间结果参与下一个公式运算。
规则模式匹配层的推理引擎设计采用类LEAPS(Lazy Evaluation Algorithm for Production Systems）算法[4]。通过将事实对象作为更新元素附加时间戳（timestamp）后压入元素堆栈缓存，以栈顶元素作为主导对象，匹配所有相关规则中的条件，若满足则激活该条规则，当所有的相关规则被匹配一遍后，将该元素从堆栈中弹出，并将堆栈中下一个元素选作主导对象继续执行上述匹配过程，如此循环直至元素堆栈为空。LEAPS算法的最大优点是对规则元组的惰性计算，即仅当必要时才进行规则元组的实例化，这一改进显著地减少了规则前向推理引擎的时空复杂度，极大地提升了执行速度，优于规则匹配中常用的Rete[5]和Treat[6]算法。另外，规则模式匹配层对每个规则条件都可保存匹配过程中相关触发对象的初始状态信息和索引，当规则激活给出分析结论的同时，可迅速收集、记录相关的全景信息。
通过运用“分层”思想，各种复杂的推理逻辑均可划分为可通过公式脚本灵活表示的处理和需要标准规则模式匹配的处理两部分，分别进行推理，这样做的好处是层次明确、逻辑清晰、易于理解，也降低了推理引擎的实现复杂度。可编辑公式处理层与规则模式匹配层相结合的分层推理架构，为专家系统推理机制的扩展也提供了极大的灵活性和便捷性，如可通过编写公式脚本，依照不同的隶属度模型，给输入（中间）对象赋予相应的权值，并通过阀值（匹配度）判断规则是否满足生效，即可实现模糊规则推理[7,8,9]。
2 带有效时限的离散事件动态比对方法
当牵引变电站供电网络发生事故或异常时，往往短时内会出现多个连续的、存在内部关联性的事件或状态变化信号。准确识别、综合分析这些关联事件和信号，是正确诊断供电网络发生何种事故与异常的关键所在。而变电站监控系统采集的突发保护动作、装置告警、刀闸状态变化等离散事件信息很繁杂，其前后次序和时标往往不一致，为了实现前后关联事件的有效判断，该设计实现并提供了一种可灵活配置、带有效时限的离散事件动态比对方法：对具体的突发离散事件可按类型或点号预设对应的有效时限，从其发生时刻起开始计时，只有处在有效时限内的事件才参与规则的匹配分析，如图2所示，只要当规则条件对应的所有事件对象均在有效时限内，即出现规则的“有效时间窗”时，规则才匹配成功。
通过采用可灵活配置、带有效时限的离散事件动态比对方法，可以对单个或特定类型离散事件的时域有效性进行定制、精确处理，更有效地实现关联分析既正确识别出有效事件和信号信息及时关联、匹配规则，又避免过时、无效事件和信号信息的干扰。
3 规则条件延时触发和延时返回机制
为了更好地处理牵引变电站监控系统在运行时采集的大量过程暂态信息，该设计实现并提供了规则条件的延时触发和延时返回处理机制：对代表过程暂态信息的每一个输入对象以及中间对象，均可配置为带有时限门槛的触发和复位处理方式，可根据推理逻辑的需要改变其时域特性来参与规则匹配；延时复位机制有助于对有用的过程暂态信息进行定性分析，而延时触发机制则可有效过滤掉过程暂态信息可能带来的不必要干扰。
下面以一个简单实例说明其运用和实用价值：变电站内一次断路器若发生弹簧储能故障将导致其控制回路断线进而严重影响运行操作[10]，对此一种有效的监视方法是，断路器合闸后会有“弹簧未储能”节点给出信号作为遥信上送监控系统，正常工况下断路器应在20 s以内储能成功，同时该节点信号也会自动复位，但如果储能异常或失败，则该节点信号会持续存在；针对此种情况，在该设计中可将“弹簧未储能”节点遥信作为输入对象，延时触发一个名为“弹簧储能故障或异常”的事实（中间）对象，时限门槛设为20 s，并添加对应的规则处理；运行时，正常合闸过程中“弹簧未储能”信息不会出现在系统报警界面里干扰值班人员的判断，但当出现故障或异常（“弹簧未储能”节点信号持续超过20 s）时，“弹簧储能故障或异常”事件及对应处理规则会立刻触发激活，第一时间在系统报警界面里显示并弹出，提醒值班人员注意和进行相应处理。
4 全景信息自动收集机制
在牵引变电站综合自动化系统的日常故障异常处理中，除了需要关注故障异常事件本身的参数信息以外，往往还需要收集事件反生前后的其他事件和状态信息，甚至包括站内不同设备、不同间隔的状态信息，以利于整理故障分析报告和后续研究。该设计实现并提供了可配置的“事前”及“事后”相关全景信息的自动收集整理功能：对于进行故障异常分析的规则，除了规则结论中可通过格式化字符串形式来描述定性分析结果和专家处理建议之外，还可通过“规则关联处理表”配置规则被激活时需要收集的信息清单，包括相关信息类别（事故变位、操作变位、事件顺序记录、遥控、遥测越限、远程终端通信状态、装置告警、保护事件、保护报告等）以及所属装置间隔的点号等，同时可指定关联收集的起始时限（事前）和截至时限（事后）；当运行时规则匹配成功被激活后，专家系统在第一时间给出分析结果和建议的同时，会根据规则关联收集配置从输入对象列表中搜索从起始时限开始的相关信息条目，与规则分析结果一起，按时间的先后顺序汇总为一份统一清单列表文档，如在截至时限到来前还有新的相关信息出现，会陆续添加到该清单列表文档中，最后在专家系统指定的历史存档目录下保存为按“时标＿事件名称.txt”命名的文档；如若触发规则的是保护装置动作事件，还将同时收集对应保护装置的定值整定、保护压板状态及对应的录波数据等一并保存。
5 工程应用
基于该设计方案的智能报警专家系统，作为智能牵引变电站综合自动化系统的重要组成部分，已成功地在广州铁路（集团）公司云溪变电所数字化项目、兰州铁路局兰州北变电所数字化项目和福州地铁一号线变电站项目等多个具体工程投入应用。
以云溪变电所数字化项目为例，通过遵守IEC61850标准，采用面向对象建模技术，对牵引变电站涉及的设备与通信服务进行功能建模、数据建模,并满足应用开放互操作性要求；同时在站控层将智能告警专家系统与当地监控系统无缝集成、一体化部署运行，如图3所示。
除了智能筛选告警以外，该专家系统从站域分析角度已实现对保护误动、越级跳闸以及主变压器、断路器故障等关键问题的识别与监测，并提供了二次开发、自主升级接口和工具。从用户使用反馈上看，该智能报警专家系统确实有助于降低运行值班人员的工作强度，提升其工作成效。
6 结束语
文中所提出的智能报警专家系统设计方案，通过采用可编辑公式处理层与规则模式匹配层相结合的分层推理架构、带有效时限的离散事件动态比对方法、规则条件延时触发和延时返回机制、全景信息自动收集机制等关键技术，实现了对实时电量、状态信号、报警事件等各类信息统一、综合处理，专家知识库能够灵活修改和扩充，通过专家系统的智能告警和实时在线分析，能更加准确、及时地辅助牵引变电站运行维护人员正确地判断事故和异常并处理，提升工作成效。同时可作为一项高级应用与既有的牵引变电站监控系统相集成，统一平台部署、一体化运行，具有处理实时性高，通用、适应性强，可灵活配置和扩展的优点。工程实践证明该设计方案是可行和高效的。当然应该看到，一个成功、优秀的专家系统，除具有灵活、高效的推理机制以外，还需要在其产品生命周期内不断对专家知识库进行更新、完善和丰富，不仅包括设备、系统厂家的专业知识，也应吸收相关设计院所的最新研究成果及用户的长期运行维护经验；此外，当今已进入大数据时代面对牵引变电站综合自动化系统所采集的海量运行数据，运用大数据分析的方法和手段进行充分挖掘分析也可以是变电站专家分析辅助系统进一步提升、研究的方向。
参考文献
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智能牵引变电站 篇2
【摘 要】作者根据自己的实践经验，提出牵引变电所两种不可或缺的保护：牵引变电所内部联跳、因馈线开关没有远后备保护，故应设开关失灵拒动保护。迅速切断电源是一切继电保护的最终目的，直流电路尤其如此。为迅速切断电源，在短路电流上升过程中将其遮断，是直流保护应当遵循的基本原则。文中分析了三种保护上“死区”形成的原因，为使馈线开关保护更加完善，直流馈线应设开关失灵拒动保护，以使列车运行更加安全。
【关键词】牵引变电所 内部联跳 馈线开关 开关失灵拒动 短路电流 死区。
【Abstract】Based on auther’s working experience in metro projects, put forward two kinds of protection method which are absolutely necessarily for the traction substation, the inter-tripping of breaker and the breaker failure and tripping disabled protection, because no remote standby protection is installed in feed breaker. Cutting off the power supply immediately is the final aim of all relay protection, especially for the DC system. In order to cut off the power quickly, the principle that the short-circuit current should be cut off in its rise process should be followed in the protection of DC system. Three causations which lead to the skip area of protection is analyzed. In order to make the protection of feeder breaker perfect much more, The trip disable protection for failure of breaker should be installed in feed breaker of DC system to insure the safety of the train operation.
【Key words】traction substation, inter-tripping, feed breaker, the breaker failure and tripping disabled, short circuit current, skip area
一、概述
地铁直流牵引供电系统的保护,可以分为两部分:牵引整流机组保护和直流馈线保护。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的“多电源”和保护的“多死区”。所谓多电源, 既当牵引网发生短路时, 并非仅双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电, 而是全线的牵引变电所皆通过牵引网向短路点供电。所谓多死区, 是因牵引供电系统本身构成的特点和保护对象的特殊性而形成保护上的“死区”。任何保护的最基本要求就是当发生短路故障时, 首先要迅速“切断电源”、“消除死区”, 针对这两点, 牵引供电系统除交流系统常用的保护外, 还设置了牵引变电所内部联跳、牵引网双边联跳、di/dt △I 等特殊保护措施, 这就可以完全满足牵引供电系统发生故障时切断电源、消除死区的要求。对任何供电系统的继电保护而言, 可靠性总是第一位的, 而对直流牵引供电系统, 速动性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流侧保护皆采用毫秒级的电器保护设备, 如直流快速断路器、di/dt △I 保护等, 目的就是在直流短路电流上升过程中将其遮断, 不允许短路电流到达稳态值。至于选择性, 在直流牵引供电系统中则处于次要位置, 其保护的设置应是“宁可误动作, 不可不动作”。 误动作可以用自动重合闸进行矫正; 不动作则很可怕, 因为牵引供电系统短路时产生的直流电弧, 如不迅速切断电源，电弧可以长时间维持燃烧而不熄灭; 而交流电弧则不同, 其电压可以过零而自动熄灭。
关于地铁牵引供电系统的常用保护，已为业内人士所熟知，这里不再多作介绍。下面谈一下容易被人忽视的两种保护。
二、引变电所内部联跳保护
牵引变电所内部联跳的定义：当发生短路故障引起两台整流机组直流引入断路器或交流断路器同时跳闸时，应迅速跳掉全部直流馈线断路器，以及时切断电源。见图(01)
当牵引变电所内部发生短路时，如 K2点短路，则流向短路点的短路电流有6路，两台整流机组2路：IK1 、IK2 ，相邻牵引变电所通过4路馈线开关流向短路点的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉两台整流机组的直流开关或交流开关是不够的(只切断 IK1 、IK2 )，相邻牵引变电所仍会通过牵引网继续向短路点供电( IK3、IK4 、IK5 、IKy)，因此必须跳掉直流母线上所有开关，以切断电源，实现牵引变电所内部联跳;
当牵引变电所外部发生短路时，如 K1点短路，则流经DS6开关的短路电流有5路，两台整流机组2路： IK1 、IK2，相邻牵引变电所通过3路馈线流经DS6开关的短路电流有3路： IK3、IK4 、IK5，此时若馈线开关DS6拒动，而又没有远后备保护，此时只能通过牵引变电所内部联跳及时切断电源。
牵引变电所内部联跳的保护范围：无论是牵引变电所内部短路还是外部短路，凡引起两台整流机组同时跳闸的故障均应实行牵引变电所内部联跳。
由图01可以看出, 流经馈线开关DS6的短路电流IKZ 是由 IK1→IK55个短路电流组成的, 这就说明, 如果馈线开关DS6失灵拒动, 要切断短路点的电源, 只跳掉DS1、DS2是不够的, 还要跳掉DS3、DS4、DS5等5路开关, 即必须跳掉牵引变电所直流母线上的所有开关。
牵引变电所内部联跳保护, 就是为当发生短路故障时, 迅速切断电源的一种保护措施。如发生一路馈线开关失灵拒动或两台整流机组直流侧两路开关同时跳闸(或两路交流中压开关同时跳闸),为迅速切断电源, 都必须实行变电所内部联跳, 既跳掉直流母线上的所有开关, 否则不能切断电源, 如图(01)所示。
图中 K1 (牵引变电所外部短路)和 K2 (牵引变电所内部短路) 点短路时, 如果DS1 、DS2 两台直流断路器或DL1 、DL2 两台交流断路器同时动作, 则必须实行变电所内部联跳, 跳掉所有直流馈线断路器。即跳掉DS3、DS4、DS5等馈线开关, 否则不能切断电源, 相邻牵引变电所继续向短路点供电。
三、直流馈线开关失灵拒动保护
目前国内地铁直流馈线开关设置了多种保护和自动装置，这些都是必要的，但尚缺少一种重要的保护：开关失灵拒动保护。当开关失灵拒动时，开关本身设置的所有保护均失效，而馈线开关又没有远后备保护,这是直流馈线保护的“软肋”。众所周知，从牵引变电所的主接线上看，直流馈线开关没有远后备保护设备，这是由地铁供电网络的构成特点所决定的。在直流母线上共设置6路开关：2路直流引入开关、4路馈线开关，见图(01)。从电源角度讲，每路馈线开关的上一级有5路电源开关，这和交流电路不一样，交流电路上一级只有一路开关，所以当下一级开关失灵拒动时，上一级开关可以作为它的远后备保护。直流则不然，它的上级5路开关都不是它的远后备保护设备。从图(01)中可以看出，当 K1点发生短路时，如为变电所出口短路，馈线开关失灵拒动可能引起2路直流引入线开关跳闸，引起变电所联跳，及时切断5路电源。如果发生远端短路，馈线开关失灵拒动就非常危险，此时将有5路短路电流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持续不断流入短路点，短路点的直流电弧将烧毁一切，对于运行的电动车辆，尤其危险，对人身安全造成极大的危害。
其实，解决这一问题并不需要什么高深技术和增加投资，直流电路保护的最大特点就是一个字：“快”，迅速切断所有电源的唯一可靠的办法就是通过牵引变电所内部联跳，迅速切断电源。
判断馈线开关失灵拒动有两个条件：
1. di/dt △I / △t动作;
2. 经一定的时限馈线开关不动作(开关辅助常开接点仍处于合闸位置)。
将上两个条件组成“与”电路，即di/dt △I / △t动作信号、经一定可调整的延时(30～100ms)，而开关辅助常开接点仍处于合闸位置，既判断为开关失灵拒动。应及时实现牵引变电所内部联跳，切断短路点的电源。
牵引变电所内部联跳、馈线开关失灵拒动两种保护，希望能引起业内人士的重视。
三、直流馈线保护的死区
直流馈线保护, 在牵引供电系统中是最重要的保护, 这是由它的供电方式和供电对象的特点决定的。因供电方式不同而形成保护上的不同的“死区”; 因供电的对象是随时变化并移动的负荷, 还需要在保护上进行配合, 这就形成了保护上的特殊要求。直流馈线保护首先是以保障列车的正常运行、保护旅客的人身安全为第一要素。
1.死区的形成 因供电方式的不同, 保护设置不同, 形成保护上的死区也不同, 单边供电死区发生在供电区段的.末端附近; 大双边供电死区发生在供电区段的中点附近, 运行列车主保护不能断弧时死区发生在电动车辆的上，可以发生在列车运行区间的任何位置。
死区的大小和供电方式、供电距离、保护措施有密切的关系, 采取适当的供电方式和保护装置, 死区是完全可以消除的。
⑴ 单边供电死区发生在末端
死区的大小, 取决于开关整定值的大小和供电距离的大小, 当只靠开关本身整定值保护时，形成死区的范围见图(02)。
由图02可见, 单边供电时, 开关整定值越大, 死区越大; 供电距离越长, 死区也越大, 图中Izd为馈线开关整定值。 1.2Izd是考虑开关整定值有10%的误差时确定保护死区的范围。
⑵ 大双边供电死区发生在中点附近
如果只靠开关的大电流速断保护, 死区会出现在两端变电所的附近, 这里所说大双边供电死区发生在中点是指馈线保护设置了双边联跳装置以后形成的死区。正常双边供电是不会形成死区的, 因为区间任何一点发生短路, 都可以使一端开关跳闸, 并使另一端开关联跳。而采用大双边供电时, 在供电区的中点附近可能出现死区, 见图(03)。
图中Izd为馈线开关整定值。
⑶ 列车主保护不能断弧形成的死区
这一死区发生在车上, 范围在整个供电区间都可能发生, 直接威胁旅客的生命安全, 非常可怕。要求变电所的馈线保护和车辆的主保护要相互配合和协调。
牵引变电所保护和地铁车辆的主保护相互配合的基本原则是:
① 地铁车辆主保护应当“自己保护自己”, 即地铁车辆在运行中无论在任何地点, 当车辆发生短路故障时, 其主保护应动作可靠, 不允许有拉弧现象, “要动作就可靠动作并断弧, 不动作就拒动”。绝不允许开关动作而出现燃弧现象。
② 牵引变电所馈线保护应当延伸至车上, 作为车辆主保护的后备, 以防万一。
智能牵引变电站 篇3
近2年, 随着朔黄铁路运量需求不断增加, 朔黄铁路15个牵引变电所中多数牵引变压器出现过负荷现象, 其中以龙宫、滴流蹬、肃宁北等牵引变电所过负荷情况较为频繁。以龙宫牵引变电所为例, 2011年1—8月, 龙宫牵引变电所出现过负荷达854次。由此可以看出, 以龙宫牵引变电所为代表的朔黄铁路部分牵引变压器出现的过负荷情况比较突出。为掌握龙宫牵引变电所牵引负荷具体情况, 朔黄铁路公司与西南交通大学联合对龙宫牵引变电所进行了测试。测试主要目的是掌握朔黄铁路龙宫牵引变电所牵引负荷情况, 以便分析过负荷和牵引变压器寿命损失关系。
1 龙宫牵引变电所概况
龙宫牵引变电所牵引变压器为V/x接线型式, 牵引变电所采用的是2×27.5 k V的复线AT供电方式。龙宫牵引变电所供电方案示意图见图1。
龙宫牵引变电所神池南方向供电臂长24.2 km, 原平南方向供电臂长23.2 km。龙宫牵引变电所牵引变压器安装容量为2× (16+15.5) MVA。
由于运量增长, 龙宫牵引变电所多次出现过负荷情况。通过向变电所值班人员了解, 龙宫牵引变电所过负荷持续时间一般在20~60 s, 多次出现10 min以上持续过负荷。此种情况说明龙宫牵引变电所牵引负荷已经有了很大增长。
下面对龙宫牵引变电所牵引负荷进行测试得到的数据进行分析, 计算牵引变压器油的温升及绕组最热点, 得到绕组最热点的温升曲线, 从而对牵引变压器寿命损失进行计算, 最后对牵引变压器的容易利用以及寿命情况提出合理、有效的建议。
2 牵引变压器温升和寿命损失计算方法
2.1 牵引负荷特点
牵引变压器是电气化铁路保持良好性能的重要保障, 对电气化铁路运行稳定性有重要的影响, 牵引变电器的经济性直接决定电气化铁路的经济性。电气化铁路主要负载是电力机车。由于运行中各种工况、线路、气候、司机操作等因素影响, 使牵引负荷波动剧烈, 主要特点有: (1) 基波电流波动幅度大且具有随机性, 牵引负荷经常突然增高或降低; (2) 牵引变压器过载系数大, 通过大量测试与统计可以发现变压器平均负荷率并不高, 但对短时过载能力要求很高; (3) 周期性明显, 一般以24 h为1个周期。牵引变压器是否具有高过载能力由电气化铁路负荷的波动性决定, 高过载能力有利于牵引变压器容量的利用与节省, 可以提高容量利用率, 延长使用寿命。
目前对电力变压器的温升和寿命损失已有广泛的研究。文献[1]基于非线性变压器模型的构建, 计算其动态温升, 但空载实验与短路实验结果显示负荷情况相比实际情况有较大差异, 并且只有通过实验才能得到计算算法中所用的对流换热系数。若要准确预测变压器寿命, 则需要检测变压器绝缘, 但针对变压器绝缘的有效在线检测手段较为缺乏[2]。文献[3]中提及的寿命评估方法是针对牵引变压器的, 但不适用于大容量, 只适用于中小容量。文献[4]和文献[5]基于变压器模型的构建, 从而针对变压器油的温升进行计算, 并较少地考虑绕组最热点温升。由上可知, 并未全面、综合地针对牵引变压器温升、寿命进行计算和研究。
2.2 变压器温升计算模型构建
变压器中铁心和绕组的损耗构成变压器的主要热源, 铁心和绕组的损耗转变成热能, 传递到铁心和绕组的表面, 在表面以对流的方式传递给油, 进而再传递至油箱壁, 最后以辐射、与空气对流方式散发热量。
国标GB/T 15164—1994中有关变压器的温升极限条件规定是:在环境温度为20℃时, 变压器以额定负荷长期运行, 与此相关的变压器绕组的最热点温度约98℃[6]。若变压器以非额定负荷长期运行, 则变压器油和绕组的温升计算可通过实际负荷与额定负荷之比为K=S/Sn的假设前提得到。
由于存在发热时间常数, 对于变压器油或绕组同样如此, 在负荷不稳定、波动的情况下, 变压器油或绕组的温升会不断变化。在暂时状态下变压器的发热可近似地认为是均匀导体的发热。任意时刻t变压器的温升计算如下:
式中:τ为变压器绕组或油对空气的温升;
τs为变压器绕组或油对空气起始温升;
τw为任意负荷下的稳定温升;
T为油或绕组的发热时间常数。
负荷曲线在实际运行中不是单段式的。由于各段持续时间较短, 每段温升都达不到稳定值。因此, 采用如下改进计算式进行计算[7]:
式中:Ai=eti/T;ti为从计算段开始的各段时间;i为段序号;n为段数。
x段终了时的温升可用下式计算
式中符号含义与式 (2) 相同, 计算可从任何一段开始, 若知道各段终了时的温升, 则可用式 (1) 计算任意时刻的温升。
2.3 变压器寿命损失计算方法
利用蒙特辛格关系式可获得由温度和时间引起的变压器绝缘寿命损失为e-pθ, 其中ρ为常数, θ表示温度 (℃) 。定义相对寿命损失率为绕组最热点温度为θc (任意负荷条件下) 时与在温度为θcr (额定负荷条件下) 时的正常寿命损失之比:
按照国家现行标准规定, 取变压器绕组热点温度为98℃。该温度符合于变压器以额定容量、在环境温度为20℃的情况下运行, 热点温升为78℃。使用式 (4) 及θcr=98℃, 通过取以10为底的对数, 得到公式 (5) 。
V=相对寿命损失率=10 (θc-98) /19.93。不同温度下相对寿命损失率见表1。
由表1可知, 环境温度低于80℃时, 牵引变压器寿命损失小于0.13, 可忽略不计。同时当牵引变压器在过负荷情况下运行, 且每日寿命损失相当于环境温度为98℃时运行的正常日寿命损失, 温度与每日允许持续时间数的关系见表2。
4 计算结果及分析
4.1 计算结果
由于龙宫牵引变压器接线为V/x接线 (见图2) , 因此测试中获得的T1电流、F1电流、T2电流和F2电流分别为变压器T1-N绕组、F1-N绕组、T2-N绕组和F1-N绕组电流, 再分别与对应的电压相乘就得到牵引变压器T1-N绕组、F1-N绕组、T2-N绕组、F2-N绕组的牵引负荷。牵引变压器高压侧AB绕组负荷为相应的T1-N绕组与F1-N绕组负荷之和, 牵引变压器高压侧BC绕组负荷为相应的T2-N绕组与F2-N绕组负荷之和。对于龙宫牵引变电所牵引变压器, T1-N绕组和F1-N绕组为神池南方向供电臂供电, T2-N绕组和F2-N绕组为原平南方向供电臂供电。牵引变压器各绕组额定容量见表3。
由于龙宫牵引变电所牵引变压器共有6个绕组 (高压侧2个绕组, 牵引侧4个绕组) , 任何时刻每个绕组流过的牵引负荷电流可能是不同的, 引起的温升也可能是不同的。牵引变压器6个绕组负荷过程存在一定对应关系:高压侧AB绕组与牵引侧T1-N绕组与F1-N绕组对应, 高压侧BC绕组与牵引侧T2-N绕组与F2-N绕组对应。
龙宫牵引变电所24 h负荷过程数据见图3所示。图3 (a) 、 (b) 、 (c) 分别为神池南方向牵引变压器高压侧绕组、牵引侧T1-N绕组和F1-N绕组负荷曲线, (d) 、 (e) 、 (f) 分别为原平南方向牵引变压器高压侧绕组、牵引侧T2-N绕组和F2-N绕组负荷曲线。
由变压器温升计算模型可知, 若变压器在非额定负荷条件下运行, 则变压器温升计算中使用的负荷为相对负荷, 即实际负荷与额定负荷之比。由于龙宫牵引变压器共有6个绕组, 每个绕组额定容量不同, 故计算温升曲线可选取相对负荷最大的绕组进行计算。对比图3中各个绕组负荷曲线, 初步选取神池南方向高压侧AB绕组和低压侧F1-N绕组进行温升计算。神池南方向高压侧AB绕组和低压侧F1-N绕组相对负荷曲线见图4。
MVA
由图4可以看出, 龙宫牵引变电所神池南方向牵引变压器高压侧绕组最大过负荷倍数为1.3, 而低压侧F1-N绕组最大过负荷倍数为1.96。
对应的神池南方向高压侧绕组和牵引侧F1-N绕组温度曲线见图5。图5中2条曲线分别为绕组热点温度曲线和顶层油温度曲线。
根据变压器寿命损失计算公式, 若以变压器高压侧绕组热点温度计算, 变压器相对寿命损失率为0.025, 寿命损失为0.61 h;若以变压器牵引侧F1-N绕组热点温度计算, 变压器相对寿命损失率为2.85, 寿命损失为68.31 h。而实际中牵引变压器运行了24 h。
从计算结果看出, 按照牵引变压器高压侧绕组热点温升和低压侧F1-N绕组热点温升计算得到的牵引变压器寿命损失相差很大, 说明实际负荷过程下牵引变压器高压侧绕组没有得到充分利用。但是应该注意, 虽然牵引变压器的高压侧绕组没有得到充分利用, 但是牵引变压器的低压侧F1-N绕组已经存在过载现象, 引起绕组温度过高, 最高温度为141.5℃。这会限制牵引变压器寿命损失利用率的提高, 并从温升与寿命损失两方面体现牵引负荷波动剧烈的特点。
4.2 分析和建议
由于存在牵引变压器温升与寿命损失未能较好匹配的情况, 解决办法之一是通过运用特种绝缘材料以达到牵引变压器温升限制提高的效果, 解决办法之二是通过牵引变压器的充分有效利用, 达到绕组最高温升限制的放宽作用。这2种方法都可以提高牵引变压器温升限值和寿命损失的匹配程度。但是第2种方法对绕组最高温升限值的放宽可能导致牵引变压器绝缘老化速度增快, 引起牵引变压器寿命损失急剧增大, 所以对于绕组最高温升限值进行合理放宽, 控制放宽的合理程度。
另外, 牵引变压器容量利用率还受到接线方式和绕组容量配置的影响。龙宫牵引变电所采用V/x接线牵引变压器, T-N绕组容量为15 MVA, 而F-N绕组容量约5 MVA, 供电方式采用法国AT方式。该供电方式受列车运行位置影响, 当列车越靠近牵引变电所时, 实际上越接近为由牵引变电所中点抽头与接触网之间形成的27.5 k V直接供电方式。这样, 与日本55 k V供电方式相比, 省却了1套AT (设备容量) 而损失了牵引网的供电能力。一个供电臂中的AT段越少, 供电能力损失越显著[8]。由图3可以看出, 龙宫牵引变电所牵引变压器牵引侧F-N绕组相对负荷比T-N绕组和高压侧绕组高, 说明牵引变压器绕组容量配置与供电方式和牵引负荷之间配合不佳, 导致了F-N绕组温度高于其他绕组, 成为制约牵引变压器寿命损失的主要因素。
建议可对牵引变压器各绕组容量进行调整, 使各绕组牵引负荷过程和温升均比较接近, 使牵引变压器容量和寿命损失均得到充分利用。
5 结论
基于牵引变压器温升和寿命损失计算的模型, 在实际牵引负荷过程中针对朔黄铁路龙宫牵引变电所牵引变压器的温升情况和寿命损失进行计算, 分析了牵引变压器温升和寿命损失的几个影响因素, 并对如何提高牵引变压器的容量利用率提出了建议。主要结论有:
(1) 牵引变压器中各绕组存在电流分配不均的情况, 因此同一时刻各绕组的温升情况不同。
(2) 采用特种绝缘材料以对牵引变压器的温升限值进行提高, 从而提高牵引变压器过负荷能力。
(3) 综合考虑牵引负荷过程特点、供电方式等影响因素, 调整牵引变压器各绕组容量, 使各绕组牵引负荷过程和温升均比较接近, 充分利用牵引变压器容量和寿命损失。
参考文献
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[2]邓华.电力变压器寿命预测[J].云南电力技术, 1998 (3)
[3]郭永基.中小容量电力变压器寿命评估的新方法[J].电力系统自动化, 2001 (10)
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[5]曹惠玲, 俞颐秦, 吕灿仁.浸润式自冷变压器油的体积流量及温升计算[J].河北工业大学学报, 1998 (4)
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[7]徐树铨.电力变压器运行[M].北京:水利电力出版社, 1993
牵引变电工作总结 篇4
——2010年4月份
首先感谢牵引变电各级领导和同事对我工作的支持及指导。一个月的培训和一个月的实习来，全面围绕牵引变电工作开展学习和实践。在工作方面，团结新学员主动投入牵引变电事业，恪尽职守，尽职尽责。在学习方面，激励大家积极进行各项业务学习，勤奋向上，不断进取。在生活方面，鼓励大家适度开展娱乐体能锻炼，劳逸结合，充实生活。作为新学员对上级交代下来的任务认真对待，雷厉风行，不断学习，力求完美，在业务水平上进一步的得到提高和锻炼，协助变电所老员工圆满的完成了各项工作。下面结合个人实际情况和工作中遇到的问题进行以下总结：
一、快速转变思想观念，进入企业人角色。
作为刚离开学校的学生很多地方都要学习，但是首先必须的是快速将思想观念由学生转变为企业人，尽快进入角色。为自己的工作尽职尽责，不断提升水平，不断超越能力，从而为企业创造价值带来效益。作为牵引变电的一份子，我们不仅有保障安全供电的责任，还有学习业务知识与提高技术能力的义务。要对得起自己的青春，多学知识，掌握技能，奋发图强。要对得起单位的培养，只有学到了技术才能避免问题或故障的产生和扩大甚至能解决问题或处
理故障，不至造成不必要的损失。要对得起国家的建设，为我国电气化铁道供电事业做贡献，保障铁路运输的畅通与安全运营，成为新一代的栋梁。
二、加强学习专业技能，不断熟悉业务知识。
要做好牵引变电事业，不仅仅需要踏实工作的责任心，还得有追求卓越的上进心。将自己所学的专业知识结合实际情况运用到日常工作中，多动脑筋，勤思考。在工作休息之余，熟记一次设备接线图，能将变电将所内设备与图纸对照起来，明确各种设备的具体位臵，学习二次接线图、设备原理图等各种图纸资料，查看设备说明书，了解设备各方面的参数，运行工作原理，多查看各种资料，巩固专业知识，必要时可以做做专业试题。
在变电所要掌握各项业务知识，并通过不断的实践进行强化。例如：在巡视方面，可以参考《牵引变电所运行检修规程》在所长或熟识巡视具体内容的员工的带领下进行标准化巡视练习。熟悉各种文件的填写、记录及管理，对《值守日志》、《外来人员登记本》、《保护装臵动作及断路器自动跳闸记录》、《设备检修记录》、《设备巡视记录》、《避雷器动作记录》、《倒闸操作命令记录》、《综合记录本》、《保护装臵整定记录》、《变电设备台
帐履历》、《主变过负荷记录》、《设备缺陷记录》、《作业命令记录》等文件要懂得规范填写。
三、认真贯彻落实标准化工区建设精神，完善各项管理资料，实现作业标准化。
今年我们上海维管处狠抓标准化工区建设，在标准化工区建设方面各个变电所都存在这样或那样的不足，对于我们从事的工作只有通过标准化才能确保安全。根据了解，上海维管处各段变电所因为调遣频繁，交接不及时，导致很多文件资料丢失，也有很多文件没有记录或记录不规范、不明确，从而给接班人员带来工作开展困难的麻烦。也有因为工作量大，分工不明确，出现文件管理漏洞，漏掉有关文件的记录。还有部分员工行为懒散，投机取巧，导致学习文件不及时和文件处理月末扎堆等不良现象。对这一块的管理有待进行改进，并加以要求，将文件与物资管理标准化落到实处。
在作业标准化方面任然存在缺陷，很多时候是由于时间紧迫，作业量大，内容比较复杂，过分相信自己，便果断进行作业，作业中未严格按照工作票操作程序执行。作业中出现不规范引接电源线，未用的工器具随意摆放，甚至遗忘。由于第二天还得继续作业，作业结束后图取方便，未及时拆卸接地线，有时也有不按安规
有关规定要求进行作业的，作业操作刚结束才发现违规甚至觉得后怕。
由以上实情看来，在标准化变电工区建设中需要加强对员工安全意识的培训，规范管理，要求员工把作业标准化重视起来。加强标准化作业方面的监督与检查，将标准化时刻放在工作的最前沿，反复强调，让更多同事明确自己的工作职责，完善工作中的不足，克服各种困难实现安全供电。
四、团结同事相互协作，善于处理人际关系。
针对牵引变电工作，要善于处理同事间的关系，互相协助实现双赢。在日常工作中互相帮助，有不懂的问题及时提出，请教学习，互相监督作业标准化，防止误操作，时刻把安全放在首位。生活中，互相理解，在日常生活工作方面，善于调剂，避免情绪影响工作安全。善于管理时间，将时间充分利用起来，进行有效的沟通、学习，避免发生矛盾与冲突，保障工作的顺畅开展。
上海维管处杭州维管段
南翔变电所林志伟
智能牵引变电站 篇5
1 沪宁城际铁路的供电系统概况
为了配合沪宁城际铁路建设,需要电网建设全线各牵引变电站接入系统配套输变电工程。沪宁城际铁路供电系统示意图如图1所示,主要由电力供电系统与牵引供电系统组成。
1)电力供电系统是沪宁城际铁路的基础设施之一应与牵引变电站系统配套同步规划和建设。其电源进线的导体截面和系统短路容量按远期高峰小时负荷和牵引变压器安装容量确定,即应满足远期高速电力机车300 km/h及以上、3min追踪运行间隔的要求;按一次建成考虑,应满足远期客运量增长的需要;为保证沪宁城际铁路牵引供电系统的电压水平、确保电力机车稳定正常运行的角度出发,牵引变电站接入电网的系统短路容量应满足相应要求。
2)牵引供电系统采用带有自耦变压器(AT)的供电方式,接触网额定电压为25 kV。全线江苏省境内新建宝华山、丹阳、常州、望亭东和昆山5座牵引变电站;上海市范围新建黄渡牵引变电站1座,改造南翔牵引变电站1座。其中,昆山牵引变电站为合建站,同时为沪宁城际和京沪高铁供电。牵引供电系统由牵引站、接触网和电力机车组成,其回路为牵引变电站、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线。在这个闭合回路中通常将馈电线接触网钢轨与大地回流线统称为牵引网。牵引变电站由牵引变压器将三相220 kV交流电变换为2个27.5 kV单相交流电,分别为上、下行双向接触网供电;牵引变电站任一侧接触网都称供电臂,两臂电压一般并不同相,由分相绝缘器隔离。相邻牵引变电站间的接触网电压一般同相,其间除用分相绝缘器隔离外,还设置分区亭,通过分区亭断路器(或负荷开关)的操作,实行双边(或单边)供电。
2 常州牵引变电站建设工程
常州牵引变电站地处常州天宁区与戚墅堰区交界处,在沪宁城际铁路北侧20 m处。由220kV东青变电站向常州牵引变电站供电。
因沪宁城际铁路为一级负荷,供电可靠性要求很高,常州牵引变电站接入系统方案是:新建东青变电路至牵引变电站的220 kV线路2回,互为热备用;受规划制约,采用电缆方式接入220 kV系统。
2.1 牵引变电站电气一次部分
1)牵引变压器。设置4台单相牵引变压器,容量为2×(40+40)MV·A,2台运行,2台固定备用,V/v接线,户外布置方式。
2)220 kV场地。2路220 kV进线为架空分支接线方式;进线隔离开关电源侧各装一组电压互感器、一组避雷器并通过手动隔离开关接至电源,采用变压器和线路直接连接的方式;220 kV配电装置为户外布置方式。
3)牵引变压器2×27.5 kV侧:
(1)牵引变压器2×27.5 kV侧的N线接至集中接地箱中的铜母排上和线分别接有避雷器,并通过双极断路器、电流互感器和双极三工位隔离开关接至2×27.5 kV侧母线上;2×27.5kV母线上装设有电压互感器。
(2)上、下行馈线出口处T、F线各装设氧化锌避雷器;同一方向供电臂馈线之间设置一台上、下行联络电动隔离开关,可使所接的上、下行馈线的断路器和隔离开关互为备用。
(3)2×27.5 kV配电装置为户内气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)开关柜布置方式;27.5kV进线、馈线均采用电缆引入和引出,馈线电缆按50%备用设计;27.5 kV自用变压器和10 kV自用变压器采用户内布置,高、低压侧均采用电缆引入。27.5 kV进线和馈线分别采用3×(1×400 mm2)和3×(1×300 mm2)的铜芯电缆。
2.2 牵引变电站电气二次部分
1)继电保护。
牵引变电站采用微机保护综合自动化系统,其保护配置主要包括牵引变压器保护、馈线保护等:
(1)牵引变压器保护用于变压器内部、外部故障及超范围的过负荷保护,主要实现差动保护,220 kV侧失压、低压过流保护,27.5 kV侧低压过流、过负荷、过压保护等;主变压器设置瓦斯报警、跳闸保护,油温过热报警、跳闸保护。牵引变压器保护动作将使牵引变压器两侧断路器跳闸。
(2)馈线保护主要完成:适应本线牵引负荷特点的不少于二段距离保护和过流、高阻、断路器失灵保护等,用于切除馈线短路故障及超范围的过负荷电流保护等。
2)通信部分。
上海铁路局调度所新设沪宁城际电调台及调度员负责全线牵引供电系统的调度指挥。为解决各牵引变电站通信业务需求,沪宁城际全线铁路两侧均敷设1条32芯长途干线通信光缆,一主一备,用于各牵引变电站远动系统和调度电话接入。
牵引变电站设622 Mb/s光传输分插复用器(ADM)设备和光纤接入网光节点(ONU)设备,分别提供远动系统2 M通道和调度电话。远动信息接入上海铁路局调度所,通道由ADM设备提供,接口为FE接口。调度员设调度电话主机,牵引变电站设调度电话分机,电调分机由ONU设备提供,接口为自动电话POTS接口。
3)站用电交、直流系统:
(1)交流电系统设有两段220 V和380/220V交流母线,其中一路由接引2×27.5 kV母线单相自用变压器供电,另一路由10 kV线路的三相自用变压器供电,两路电源设自动投入装置。
(2)直流电系统采用铅酸免维护蓄电池组,容量满足全站事故停电2 h的放电容量和事故放电末期最大冲击负荷容量的要求;采用高频开关电源模块对蓄电池组进行强充电、均衡充电、浮充电及供给正常运行负荷等。直流系统输出电压为110 V。
(3)站用电交、直流系统的监测单元纳入常州牵引变电站综合自动化系统,以实现远程监控。
3 220 kV东青变电站配合常州牵引变电站的改扩建工程
220 kV东青变电站为江苏省电力公司2009年5月份建成投运工程,已有220 kV、180 MV·A主变压器1台,220 kV出线2回,单母线接线。为配合常州牵引变电站的建设,东青变电站要进行改扩建。
3.1 出线间隔调整
由于东青变电站220 kV出线已达一期设计规模,并未规划牵引变电站间隔。本期结合规划预留2回备用出线间隔的位置及破东青变电站南侧围墙扩建4回220 kV出线间隔(包括牵引变电站2回),再利用征地扩建1回母联2回分段间隔,将接线形式完善为双母双分段。
为满足牵引变电站供电稳定性及出线走向的要求,结合2010年常州电网加强工程,需对原规划间隔排列做相应的调整。
3.2 二次设备室扩建
原二次设备室已不能满足本期改扩建工程的要求,故在扩建部分场地靠近南侧围墙侧建1个220 kV保护小室,尺寸按照2排共24面柜设计。本期新增屏柜中220 kV系统线路、分段、母联保护柜与测控柜、母线电压互感器并列柜、故障录波器柜、电能表柜及直流馈线柜布置于220 kV保护小室内,其他新增屏柜布置于二次设备室,屏柜外形尺寸同二次设备室内其他设备。
3.3 测控保护配置
东青变电站采用计算机监控,本期扩建2个220 kV出线间隔、2个220 kV母联间隔、2个220 kV分段间隔,需新增6套220 kV测控装置,每2套测控装置组1面柜,共组3面测控柜。需新增220 kV母线电压互感器并列柜1面,母线测控柜1面。本期新增1面直流馈线柜,布置于220 kV保护小室。220 kV东青变电站改扩建工程后的系统保护配置图如图2所示。
双回220 kV电缆的线路按保护双重化配置,每回线路都设置2套光纤电流差动保护:PSL603+RCS931。但也有其主要特殊性如下。
1)每一套线路保护都包含完整的后备保护、重合闸,并且为电气化铁路版本。
2)受牵引变电站内柜位限制,2套线路保护共置1面柜,共用1组电流互感器回路,配置1台能在2套保护间切换使用的打印机。
3)牵引变电站侧保护不出口跳主变压器断路器,后备保护和重合闸停用,分差接弱电应答(不跳闸);不配置失灵、远跳功能;保留所有功能压板,取消跳闸出口压板和保护屏内操作箱,保护开入接点采用硬接点强电接入。
4)牵引变电站的负序分量较大,东青变电站的站内220 kV母线保护以及其他线路保护应根据铁路部门提供的负序电流分量调整相应的保护定值。
4 东青变电站至常州牵引变电站的电缆工程
4.1 电缆路径及施工
本工程线路采用双回路电缆,主要分为常州牵引变电站至龙城大道段、龙城大道至青洋北路西侧段、青洋北路西侧至东青变电站段3段,总长度约为5.7 km,沿线敷设两根24芯普通光缆。东青变电站侧采用电缆从扩建后的220 kV构架北起2号、16号间隔向西出线;常州牵引变电站北侧220kV出线构架采用双回路电缆向北出线。
4.2 电缆选型及接地
本工程每回电缆的最大输送容量为430 MV·A、最大工作电流为1 128 A,其电缆截面选择为1 600 mm2,类型为单相铜芯、交联聚乙烯绝缘、皱纹铝护套、PE外护套的阻燃电力电缆。电缆单根长度约为6 km,分6交叉互联段,18小段;每盘电缆长约333 m,双回共108盘。
为了提高电缆输送容量,减少其金属护套的环流损耗,本工程电缆金属护套接地方式是:两侧终端互联后经接地箱与终端构架接地网连接,保证运行人员接触正常运行的电缆不会危及人身安全;中间交叉互联部分选择直通接头处经接地箱与接头井接地网连接,绝缘接头处利用同轴电缆交叉换位后经保护器与接头井接地网连接;当过电压入侵时,金属护层的保护器动作,在金属护层上仅有保护器的残压,确保电缆安全。
4.3 电缆土建部分
本工程电缆采用电缆沟、箱涵、顶管、桥架等方法敷设。电缆沟道的防水设计:电缆沟、箱涵、接头井采用C30抗渗混凝土;电缆沟与箱涵接头处以及电缆沟与接头井接头处采用止水法兰连接。
5 常州牵引变电站输变电工程的通信接入和调度方案
常州牵引变电站输变电工程的通信接入系统方案:沿东青变电站至常州牵引变电站新建电缆线路,敷设单根长度约6.0 km的24芯普通光缆2根,由东青变电站点对点接入常州电力通信环网主环网。
通信设备配置:牵引变电站配置1台622 M同步数字体系(SDH)光通信设备,1台脉冲编码调制(PCM)设备;东青变电站新增1台622 MSDH光通信设备;常州供电公司及武南变电站各新增1台PCM设备。
通过上述光缆及设备配置,将牵引变电站由东青变电站点对点接入常州电力通信网,由此构成牵引变电站至江苏省调、常州市调二级调度的通信及调度自动化主备通道。常州牵引变电站调度关系为江苏省调、常州市调的二级调度;东青变电站调度关系不变,原有通信自动化通道保持不变。
6 电能质量、供电可靠性及电量计量问题
沪宁城际铁路采用交直交传动300 km/h CRH3动车组,其主要电气参数如表1所示。其负荷特性表现为功率因数高,牵引变电站高压侧月平均功率因数在0.9以上,谐波电流大。因此,牵引变电站已不设无功补偿装置,但预留有滤波装置安装场地。
当前沪宁城际铁路对电网电能质量的影响主要由单相供电造成的电网三相电压不对称,即负序分量注入等。为加强对三相电压不平衡、谐波等电能质量指标的监测,东青变电站至常州牵引变电站的2回电力电缆线路两侧均各自配置1套24 h电能质量在线监测装置,其功能和技术参数满足江苏省电力公司的A类设备要求。
由于牵引变电站至牵引网采用AT方式供电,即使东青变电站至常州牵引变电站220 kV电缆2回全部失电,因临近的丹阳和望亭东2座牵引变电站都有较强的越区供电能力,可保证沪宁城际铁路仍能继续运行。
本工程电能量计量点定在牵引变电站侧,在牵引变电站每回220 kV进线侧装设主、备关口计量表,精度为0.2S级;系统侧东青变电站出线配置1块相同精度校核表,相应的计量设备满足有关规程规定。
7 结语
作为沪宁城际铁路的供电系统,牵引变电站及其配套输变电工程的建设至关重要。常州地区首次承担建造了用于高速客运专用铁路的牵引变电站及配套工程,其中牵引变电站属于标准设计,但接入地区电网的输变电工程却差异很大,尤其是本次接入东青变电站的约6 km的2回220 kV电缆工程在常州地区尚属首次。整个工程克服了2010年2、3月份的长时间的降雨、施工技术难度大及施工时间紧等一系列困难为沪宁城际铁路能按期顺利通车以及紧随其后的京沪高铁供电系统的施工建设打下了坚实的基础
摘要：作为沪宁城际铁路的供电系统,地区牵引变电站输变电工程的建设独具特点并至关重要。阐述了沪宁城际铁路的供电系统,介绍了常州牵引变电站及其接入电力系统的东青变电站相应的改扩建工程,分析了东青变电站至常州牵引变电站的220 kV电缆工程建设情况,以及通信、调度和电能质量方面的相关问题。
关键词：沪宁城际铁路,牵引变电站,电缆工程,电能质量
参考文献
[1]江苏科能电力工程咨询有限公司.沪宁城际铁路牵引站接入系统配套输变电工程可行性研究报告[Z].南京,2009.
智能牵引变电站 篇6
1 电力机车的负序电流对电力系统的影响
1.1 对发电机的影响
机车产生的负序电流对发电机影响最大的是转子的附加损耗及发热, 其次就是增加了振动。负序电流流过发电机定子绕组时将产生负序旋转磁场, 其转速与转子的转速相同, 但方向与转向相反, 会在转子励磁线圈、阻尼线圈及转子本体中感应出2f0的电动势, 并引起涡流, 发生热量及能量损失。由于负序旋转磁场感应出来的电流频率高, 集肤效应较为严重, 可能出现局部高温现象, 降低金属的机械强度及绝缘性能, 对于需要牵引应力大的护环部分可能会引起重大的后果。
1.2 对送电线路的影响
负序电流流过送电线路时, 负序功率实际上并不做功, 而只造成电能损失, 增加了网损降低了送电线路的输送能力。
1.3 对电力变压器的影响
负序电流造成三相电流不对称, 因而电力变压器三相电流中有一相电流最大而不能有效发挥变压器的额定出力, 使变压器容量利用率下降。另外, 还造成变压器的附加能量损失、在变压器铁芯磁路中产生附加发热。
1.4 对电动机的影响
对于异步电动机来说, 正序电压产生正序电流和顺转的电磁转矩, 负序电压产生负序电流和逆转的电磁转矩。较小的负序电压加到异步电动机上将会引起较大的负序电流及负序逆转电磁转矩, 直接影响异步电动机的效率和安全可靠运行, 引起电动机的额外发热, 严重时会烧毁电动机。
1.5 对继电保护装置的影响
容易使电力系统中以负序分量启动的继电保护装置误动作, 例如, 当负序电流作用时间较长时, 常规的距离保护就要转入闭锁状态, 使一段时间内距离保护的快速动作段退出运行;而当电铁负序作用于解除闭锁后, 如系统此时发生振荡, 则距离保护可能误动作跳闸。所以, 为消除负序的影响, 将增加继电保护装置的复杂性、降低可靠性。
2 牵引变现行对电能质量改善的措施
从对牵引变及牵引网接线方面采取措施有以下的方法, 当然也必须从电力机车本身方面来配合改善电能质量。
2.1 牵引变电所的换相连接
在一个电气化铁路、城市地铁、有轨交通区段, 当各牵引变电所由同一电力系统供电时, 各牵引变电所在电力系统中引起的总负序电流与每个牵引变电所引入的相序有关。为了减小对电力系统的不对称影响, 通常采用相序轮换接入, 即换相连接。所谓换相连接就是把各牵引变电所的变压器轮换接到电力系统的不同相上, 其目的使电铁单相负荷反映到电力系统尽可能达到三相负荷对称。无论对单相接线, 还是v/v接线及Y/△三相接线的牵引变电所, 均可采用这种方法。
2.2 采用三相/两相平衡牵引变压器
平衡牵引变压器特点是:当牵引变电所两侧的牵引负荷相等时反映到电力系统中三相是对称的, 采用这两种牵引变压器, 在理想情况下可大大减小电铁负荷对电力系统的负序影响。
2.3 对谐波电流和无功电力加强就地补偿
无功补偿量可随机车负荷变化而调整, 机车可经常保持较高的功率因数;减小了接触网电流与接触网损耗。相应降低了接触网电压损失, 改善了机车电压质量;较少的谐波电流流入接触网, 减小了对电力系统的谐波影响。
3 基于单元控制级LCL、所控制级SCL的计算机监控解决方案
既有牵引变电所远动功能实现的系统结构应采用分层分布式系统DCS (Distributed Control System) 或分级控制系统HCS (Hierarchical Control System) , 将远动功能分为两级———牵引变电所控制级SCL (Substation Control Layer) 和单元控制级LCL (Local Control Layer) 。牵引变电所控制级由计算机及其辅助设备来实现, 单元控制级功能由单元设备来实现。单元设备的配置方式可以采用常规RTU单元结构或加强型RTU单元结构, 也可以采用底层智能化结构PLC (Programmable Logical Controller) , 还可以采用智能仪表与RTU或PLC混合配置结构, 这主要取决于现场设备和监控对象的具体特点。
随着变电所调度自动化技术应用的不断发展和深入, 以及计算机技术、通讯技术等领域的发展, 新建牵引变电所的自动功能和远动功能都在不断地发展和完善, 计算机远动与自动系统已在新建牵引变电所中得到普遍的应用, 电气化铁道供电系统的可靠性和现代化程度有了显著的提高。
3.1 单元控制级LCL
根据现场设备和具体要求, LCL级可以采用RTU或加强型RTU单元结构, 或PLC可编程控制器式底层智能化结构, 还可以配置智能仪表。PLC内部具有一定数量的内存单元, 通过编程后, 可以顺序执行程序预定的功能, 程序修改简便易行。由PLC来完成部分重要的自动功能较之通过牵引变电所控制级计算机实现相应的功能, 在实时性和可靠性方面均能得到更有效的保证。当PLC与计算机之间通讯联接发生异常时, 不影响PLC程序设定功能的实现。智能仪表是一种新型的表计结构, 内部由智能芯片和测量机构组成, 可以完成对多种电气量的综合测量功能, 而不需要再使用各种变送器, 安装体积小, 功能强。
3.2 LCL完成的主要功能包括:
(1) 数据采集和传送:数据采集和传送的内容包括遥信量和遥测量。
(2) 接收和执行控制命令:LCL级控制命令的执行一般采用开关量输出的形式, 可以分别用于控制断路器的分合闸、主变压器的调压 (对具有分接头可以进行有载调压的变压器) 、无功调整 (对具有多组无功功率补偿器可以分组投切的牵引变电所) 、信号复归、遥控查灯、消防控制等。在执行控制命令时, 为满足现场操作机构在执行分、合闸等操作时的具体要求, 可以增设一级执行继电器以扩大接点容量及数量。
(3) 通讯功能:LCL级应具有通讯接口, 以便联接远动通道、牵引变电所级计算机以及当地便携式计算机, 一般可配置2~3个计算机通讯接口。
(4) 自动功能:自动功能的实现与LCL级配置的硬件设备有关, 有些自动功能既可以设在LCL级实现, 也可以设在SCL级实现。关于牵引变电所的自动功能在下节作进一步讨论。
3.3 SCL功能分析:
SCL级的功能主要通过屏幕显示和人机对话方式来实现, 按照上述方式进行系统配置, 可以实现无键盘全鼠标式操作, 在运行现场减少了人为操作对计算机系统运行的影响。主要功能可以达到以下几个方面:
(1) 屏幕显示与人机对话:显示系统总目录, 主结线, 主变运行状态及运行参数图, 牵引变电所实时运行参数表及历史运行参数表, 定值表、密码等级设定及输入, 电度表, 实时动态参数棒图、曲线, 模拟指针式和数字式仪表, 控制与操作画面, 自动功能投切画面, 事故、故障、越限、操作、事件信息及历史记录, SOE表, 各种日报表、月报表、查灯信息等。
(2) 记录、制表、打印功能:实现运行日志定点打印及召唤打印, 事故、故障、越限、操作、事件等可随机打印及存入历史数据库和历史记录中, 并完成日报、月报以及年报表的制表和数据生成, 所有实时、历史记录均可召唤打印。
(3) 报警功能:可将报警内容分级、分类并设置) 成不同的报警方式。例如, 对事故, 故障 (包括监控系统内部故障) , 断路器分合闸, 变压器过负荷、馈线过流等越限, 一次侧三相电流不平衡, 误操作等各种事件分级分类报警, 报警方式分语音报警 (通过多媒体声卡) 、打印报警、屏幕显示报警, 三种方式可任意组合应用于同一事件中。
(4) 故障数据收集与记录:远动系统的主要目标之一是防止系统事故, 而一旦出现事故, 当时的记录将是分析事故和预防事故的宝贵资料。因此, 故障数据的收集与记录是远动系统的重要功能之一。故障数据的收集与记录可分为顺序事件记录SOE (Sequence Of Events) 和事故追忆PDR (Post Disturbance Review) 两部分。
顺序事件记录SOE:牵引变电所内开关变位和继电保护等状态量出现变化时, 通常要按时间 (内部时钟) 准确加以记录, 时间分辨率要求较高, 这对分析故障是很重要的。要作到较好的时间分辨率 (毫秒级) , 利用SCL级完成是比较困难的, 一般应采用LCL级硬件设备 (如RTU、PLC等) 进行顺序记录, 并与SCL级计算机保持时钟同步, SOE记录结果在SCL级的人机界面上进行反映, SCL级可采用事件表的形式滚动存放SOE数据。SOE正常状态下以较长的周期、较低的优先级作为SCADA正常扫描的一部分, 一旦出现SOE所涉及的状态量变化, 立即提高其优先级, 顺序记录事件信息, 用于事后追查和分析事故。
事故追忆PDR:事故追忆PDR功能用于连续记录事故前后的量测数据和状态数据。一旦出现规定的事件, 连续记录的数据就送到专门的存储区PDR区内, PDR循环采集规定的数据集合或相关量测量值, 循环周期由数秒到数分, 利用PDR区存储的数据, 可以“实时”再现事故过程的参数及状态变化情况。
(5) 与调度中心的通讯:SCL级通过MODEM或计算机通讯接口接入通道实现与调度中心的通讯, 一方面将牵引变电所内的运行情况上送到调度中心, 另一方面, 调度中心向牵引变电所发送控制命令以及对各种控制参数进行修改, 实现远方远动功能和全局性调度控制。
(6) 与继电保护的联接并进行信息交换:牵引变电所的远动和自动化系统一般应能反映继电保护的信息和数据, 以便为综合自动化系统奠定基础。对既有牵引变电所远动功能的改造也应实现这一目标具备微机保护系统的既有牵引变电所, 可以采用计算机通讯级的联接, 将保护的主要内容反映在SCL级人机界面, 进而还可以进一步完成保护定值的监视和设定等功能;不具备微机保护系统的既有牵引变电所, 应将保护的主要状态量通过DI (开关量输入) 的形式, 由LCL级硬件设备采样并反映在远动与自动化系统中。
牵引变电所接地装置与维护 篇7
1 牵引变电所接地的分类
1.1 工作接地
为满足电力系统或电气设备的运行要求，无论电气设备在投运或停运时，必须将该设备的某一点进行接地，才能保证电气设备的正常运行和人身安全。如牵引变电所主变的铁芯接地、电力系统的主变中性点接地, 但是只许一点接地。
1.2 保护接地
为防止电气设备的绝缘损坏，造成电击或电伤。将电气设备的外露可导电部分接地，称为保护接地。牵引变电所的所有电气设备都应该进行保护接地。从而提高设备运行的稳定性。保证人身、设备安全。
1.3 防雷接地
防止牵引变电所内的电气设备和构筑物免受因大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压，而设置的过电压保护的接地，称为防雷接地。如避雷针，避雷器的接地。避雷针主要保护来自系统外部雷电过电压。它的实际作用就是引雷，把雷电波引入大地。因此，避雷针的接地必须独立，不得与牵引变电所的接地网相连。每一个避雷针都有自己独立的接地系统。若与接地网相连则会造成雷电对电气设备反放电，损坏电气设备或造成人身伤害。避雷器的主要作用是保护来自系统内部的操作过电压和入侵的雷电波。它必须与牵引变电所的接地网可靠相连，方可起到保护的作用。
1.4 牵引供电回流系统的接地
牵引供电的电流通过接触网，电力机车，钢轨和大地(回流线)回到牵引变压器。回流线除与钢轨可靠连接外，必须与牵引变电所的接地网可靠连接。它是构成馈线保护的基本组成部分。此外由于回流电流造成牵引变电所地网电位不相等, 这种情况一方面会对人身以及设备的安全造成威胁;另一方面将对保护、测量、信号装置造成影响。并有可能引发保护装置的误动或拒动。
1.5 牵引变电所低压供电系统的接地
牵引变电所的低压供电系统采用TN-S供电系统。低压供电系统的配电柜，配电盘必须与接地网可靠连接。所有的配电箱必须与PE线可靠相连，必要时与接地网相连。距离牵引变电所较近，使用牵引变电所提供的动力电源时，动力配电柜必须做重复接地。因为牵引变电所回流电流造成地网电位不相等，容易产生反击现象。
1.6 牵引变电所监控设备的接地
监控设备若在避雷针的保护范围之内，所有设备与接地网进行可靠连接。若监控设备不在避雷针的保护范围之内，则监控设备必须做独立的接地系统，并不可与牵引变电所的接地网相连。
2 牵引变电所接地的技术要求
牵引变电所的接地通过接地装置实施，它接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为垂直接地体。连接电气设备与垂直接地体之间的导线 (或导体) 称接地线或水平接地体。垂直接地体是采用长度为2.5m，直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢、或厚度不小于4mm的钢管。直流系统的人工接地体，其厚度不应小于5mm。垂直接地体的间距一般不宜小于接地体长度的2倍，并且采用热镀锡、热镀锌的防腐措施。水平接地体是采用截面不小于25mm×4mm的扁钢与垂直接地体焊接。相连为闭合环形，外缘各角要做成弧形。水平接地体的间距一般不宜小于5m，同样采用防腐措施。接地线与接地体的连接宜用焊接。接地线与电力设备的连接可用螺栓联接或焊接。用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片。接地体应埋设在变电所墙外，距离不小于3m，接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度，最小埋设深度不得小于0.6m。不同用途和不同电压的电气设备，除有特殊要求外，一般应使用一个总的接地体，按等电位联接要求，人工总接地体不宜设在建筑物内，总接地体的接地电阻应满足各种接地中最小的接地电阻要求。变电所的主变压器，其工作接地和保护接地，要分别与人工接地网连接。避雷针宜设独立的接地，其接地电阻不大于10Ω。
3 牵引变电所接地的巡视与维护
牵引变电日常巡视中要要穿绝缘靴、戴安全帽，并不得靠近避雷针和避雷器。接地装置运行中，接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂，接地电阻也会随土壤变化而发生变化，因此，必须对接地装置定期进行检查和试验。变电所的接地装置一般每年检查。对有腐蚀性土壤的接地装置，应根据运行情况一般每3～5年对地面下接地体检查。检查地面上和电缆沟內的接地线，接地端子，回流线完整无锈蚀、损伤、断裂及其他异状，保证其与设备连接牢固，接触良好。地面上的接地线、接地端子均要涂黑漆，接地端子的螺栓应镀锌。对含有重酸、碱、盐等化学成分的土壤地带应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。在土壤电阻率最大时 (一般为雨季前) 测量接地装置的接地电阻，并对测量结果进行分析比较。电气设备检修后，应检查接地线连接情况，是否牢固可靠。
牵引变电所的接地装置是构成牵引变电所内各种保护的最基本的电器设备，必须加以高度重视。日常巡视和维护是保证牵引变电所的接地装置状态良好的基本措施，也是保证人身和设备安全，提高供电的可靠性。
参考文献
[1]谭恩秉.电工基础[M].高等教育出版社.
[2]王亚妮.编配电技术[M].中国铁道出版社.
牵引变电所防雷保护措施分析 篇8
目前铁路已实现了电气化, 电气化铁路的安全运行需要牵引变电所来保持供电的持续性和可靠性, 作为铁路供电系统的核心, 牵引变电所的安全事关铁路的正常运行。牵引变电所内有多种高压电气设备, 这些设备的内部绝缘都是无法自动恢复的, 所以一旦牵引变电所发生故障, 特别是雷击事故, 则会导致铁路运输的中断, 使铁路的经济效益和运输的安全性受到较大的影响, 所以为了确保牵引变电所能够进行正常的电力供应, 则做好防雷保护措施是十分重要的事情。
1 过电压的概念
1.1 过电压的类型及产生
过电压是造成电力系统无法正常供电的主要因素, 通常来讲, 过电压又分内部过电压和外部过电压两种。内部过电压分为操作过电压和暂时过电压两种, 这是在工作电压基础上, 由于系统内部参数发生变化导致电磁能量振荡和积累所引起的。而外部过电压则是由于雷电所引发的, 也可称为大气过电压和雷电过电压, 是由于带电荷的雷云所引起的放电现象, 即雷电, 从而导致外部过电压的产生, 命名电力设备的绝缘受到破坏, 无法正常运行。
1.2 防雷保护的措施
牵引变电所在运行过程中, 在以往的雷击事故中, 通常都是雷电直接作用于变电所或是输电线路, 从而使变电所内的设备受到损坏。所以在牵引变电所进行防雷保护时, 不仅要做好防止直击雷的保护, 同时还要对入侵变电所内的雷电进行预防。所以在进行防雷保护过程中通常都会采用避雷针和避雷线等相关避雷装置来防止直击雷及雷电波的入侵, 避免高压设备内部产生过电压, 这些避雷装置在长期应用过程中其防雷效果十分明显, 具有安全可靠性。
2 防雷保护的主要设备
2.1 外部防雷保护设备
牵引变电所建筑在受到雷击时, 其雷电的巨大能量会集中在闪击点上, 从而对建筑的外部带来直接的损坏, 所以在对外部进行防雷保护时, 则需要利用金属接闪体来迎击雷电, 然后利用下线将电流导向大地, 从而保护建筑物的安全, 使雷电无法突破防雷的第一道防线, 确保了变电所的安全。
2.1.1 避雷针。
利用避雷针可以有效的起到防雷的作用, 所以在外部防雷时, 可以将避雷针安装在建筑物外部的单独杆塔上, 这样可以在雷击发生时, 将雷电流引入到地下, 从而避免雷击所对建筑物造成的损害, 但不能装设在变压器的门型构架上, 这样一旦有雷击发生, 则会导致变压器受损。在进行避雷针安装时, 则需要注意安装时的距离标准。
第一, 地上由独立避雷针到配电装置的导电部分之间、变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5m。第二, 地下由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3m。
2.1.2 避雷线、避雷器。
对于35kv电力线路, 为保护变电所附近线路上的变电设备免受雷电沿线路入侵波的危害, 一般仅在变电所进出线1~2km段内装设避雷线, 而不采用全线装设架避雷线的方法来进行直击雷防护, 但是通常在架空避雷线的两端装设管型避雷器, 限制沿保护段以外的线路进入变电所内的入侵波, 其接地电阻不得大于10Ω。
对于电压35kv、容量3200kv A以下的一般负荷变电所, 可采用简化的进出线段保护接线方式。
对于10kv以下的高压配电线路进出线段, 只装设FZ型或FS型阀型避雷器, 以保护其线路断路器及隔离开关。
2.2 内部防雷保护设备
通过外部防雷保护则可以有效的防止直击雷对设备所造成的破坏, 也可以有效的防止雷电入侵到变电所内, 但还是很难避免雷电波沿着进出线侵入到变电所内的情况。目前对于变电所的进出线都采取了相应的防雷措施, 同时雷电波在传输过程中也会呈现不断的衰弱, 但如果其入侵到内部所产生的过电压还是会对主变压器带来较大的损害, 所以还需要做好内部防雷保护措施, 从而有效的对内部雷电入侵波和雷击感应过电压、操作过电压的防护作用。
2.2.1 阀型避雷器。
通常在变压器母线上装设一组阀型避雷器进行保护。在6~10kv变电所中, 阀型避雷器与被保护的变压器间的电气距离, 一般不应大于5m。为使任何运行条件下变电所内的变压器都能够得到保护, 对于分段母线的每段母线上都应装设阀型避雷器。
在多雷区, 当变压器的低压侧中性点不接地时, 其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙, 用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。防雷系统的各种钢材, 必须采用镀锌防锈钢材, 联接方法要用焊接。圆钢搭接长度不小于6倍直径, 扁钢搭接长度不小于2倍宽度。在装设避雷针时, 应注意以下两点:第一, 照明线或电话线不要架设在独立的避雷针上, 防止雷击避雷针时雷电波沿导线传入室内, 危及人身安全。第二, 独立避雷针及其接地装置, 不应装设在行人经常通行的地方, 与道路或出入口的距离不应小于3m, 否则应采取均压措施, 或敷设厚度为50~80mm的沥青加碎石层。
2.2.2 分流保护。
所谓分流就是在包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线等在内的所有从室外来的导体与防雷接地装置或接地线之间并联避雷器SPD, 当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时, 避雷器的电阻值急剧下降, 近于短路状态, 雷电电流由此处分流入地。雷电流在分流之后, 仍会有少部份沿导线进入设备, 危及不耐高压的微电子设备的安全, 所以对于这类设备在导线进入机壳前, 应进行多级分流, 要求至少不低于三级防雷保护。
3 变电所的防雷接地
让雷电进入到防雷系统后, 则需要变电所内的设备做好搪地, 这样会引导雷击电流流入大地, 不会对设备造成破坏, 使雷电的能量得到有效的泄放, 使引线上的电压保持在正常的范围内, 避免发生反击的情况。所以在变电所内的防雷系统中, 要具有良好的接地体, 这是防雷的关键, 可以有效的避免二次反击雷的产生, 保护电子设备的安全。因此, 牵引变电所要做好接地网, 不仅在使接地网满足规范的要求, 同时还要对接地电阻进行定期的检测, 确保电阻能够满足安全运行的需要。所以需要在实际牵引变电所运行中, 根据运行的情况, 来对进行等电位连接、电源防雷装置及浪涌电压保护装置的安装和设置, 从而使变电所内的所有设备都能够达到统一的防雷效果。而当变电所内所有设备都能够满足防雷保护要求后, 则需要进行统一接地网的敷设, 同时为了进一步确保防雷措施的安全性, 则还需要在避雷针和接地体下增加接地体, 而且还要单独对这些接地体进行敷设。
4 结束语
牵引变电所防雷保护与电气化铁路运行的安全性息息相关, 所以需要进行全面、可靠的设置, 确保防雷的各项措施都到位, 以保证牵引供电气的供电系统运行的稳定性, 为电气化铁路提供持续的电力供应。
摘要：近年来, 铁路事业取得了飞速的发展, 原来的燃气机车基本已全被电力机车所取代。电力机车的供电系统由牵引变电所负责提供, 目前铁路的快速发展, 牵引变电所也为了更好的为机车提供动力支持, 无论变电所的容量和功能都得以大规模的提升, 这就对其防雷保护有了更好的要求。本随着现代铁路的飞速发展, 牵引变电所的容量日益增加, 功能日益强大, 对其防雷技术的要求也日益提高。文章从过电压的概念入手, 对防雷保护的主要设备进行了分析, 并进一步对变电所的防雷接地进行了具体的阐述。
关键词：牵引变电所,防雷保护,设备,接地
参考文献
[1]林宝权.浅谈发电厂、变电所防雷设计图审的实践和认识[J].浙江气象, 2006 (2) .
[2]吴华丹.牵引变电所二次系统设计思路的探讨[J].城市建设理论研究, 2011 (13) .
地铁直流牵引变电所的保护原理 篇9
图1 展示了具有代表性的直流牵引变电所示意图, 此变电所可以将交流高压传来的电压经过变压器后转换为1500的直流, 然后经过直流开关柜进行供电。
2 直流牵引变电所使用的保护配置
直流牵引保护配置必须在系统出现故障时, 及时有效的切除故障, 同时将电气运行的参数控制在一定范围内, 保护跳闸[1]。
在后备保护的作用下, 可以保障故障的及时切除, 同时增加了保护难度。由于不同牵引变电所中电气特性有所差异, 并且具有不同的运行要求, 所以, 保护装置经常会出现配置不同、定值不一致等问题, 常见牵引变电所直流保护的配置主要是馈线柜、大电流脱扣保护、定时限过流、双边连跳闸保护、接触网负荷保护和逆流保护。
3 主要保护原理
3.1 大电流脱扣保护
主保护通常应用于近端短路故障切除中, 一般将其安置在断路器本体。如果将列车的正常运行电流假设为Im, 定值整定I>KIm (K表示最大安全系数, K>1) , 如果检测电流超过定值, 就会发生跳闸, 时间非常短暂。因此大电流脱扣保护非常灵敏, 可以给电流起到保护。
3.2 电流上升率和电流增量保护
馈线主保护是目前使用最广泛的方式, 此种方式既可以切除近端电流, 也可以切除大电流脱扣不能切除的故障, 主要原理如下:
瞬时跳闸和延时跳闸是电流上升和电流增量的主要元件, 以根据电流大小对故障进行判断。如下图2 所示
将电流变化率di/dt作为定值A的启动判断, 完成启动后对采样点di/dt和∆I的瞬时数值进行计算, ∆I表示电流增量。跳闸具体判断如下:
第一, di/dt如果大于定值A, 就将∆I是否超过定值C作为判断根据;第二, di/dt小于定值A的时候, 保护不能立即返回, 但在∆T2时间内需要对di/dt和∆I进行瞬时值采集: (1) ∆I超过定值, 保护即刻跳闸; (2) 如果∆I没有超过定值C, 同时di/dt都小于A, 则进行保护返回。 (3) 如果∆I没有超过定值C, di/dt大于A, 则回到第一, 进行判断。
瞬时跳闸元件定值整定非常重要, 首选需要对列车启动、过接触网、近端短路等各种情况下电流变化曲线, 确定C、A、∆T2值。此步骤最关键的是电流C值的选取[2]。
一些极端但并未发生短路的状况, 电流会上升的特别快, 然后又会突然下降, 导致定值很难选择。此时可以适当增加∆T3定值, 让电流从保护启动, 到达∆T3的时候, 就会处于水平, 在此段时间内不进行∆I判断, 减少极端情况。∆T3的定值一般非常小, 只有十几秒。
3.3 定时限定电流保护
启动电流和延时时间∆T是定时限定电流的2 个定值。电流超过I时, 保护和定时器会同时气筒, 如果在定时器限定时间内, 电流没有超过定值, 那么在定时器时间达到∆T时进行跳闸;反之电流一直不能超过定值, 进行保护返回。
如果一些短路电流非常小的位置出现问题, 电流上升率和电流增量如果不能合理设置, 就不能正常跳闸, 同时需要后备保护[3]。
一般情况下, 在最大符合电流两端电流峰值位置选取电流定值I, 在几百秒范围内选择∆T同时必须严格进行短路计算。
3.4 双边联跳闸保护
双边接触网是比较常见的一种保护。如果统一地区有两个变电站, 可以先由感知短路发出信号, 然后跳开本站开关, 同时给本册联跳发出跳闸信号, 当邻站受到信号后就是进行跳闸并断开开关。采用双边联跳保护之后, 如果一个发生正确跳闸, 另一个也会跳闸, 保证了列车的安全行驶。
3.5 接触网热过负荷保护
此种保护方式的主要目的是减少热过负荷出现的故障, 但并不一定是短路故障。主要工作原理必须根据电阻率、长度、接触网电阻率等计算出接触网的发热量, 使用经验公式计算出接触网的电缆温度。如果测量电缆温度比Talarm大, 就会发出警报声, 大于Ttrip就给此接触网供电直流提供直流开关。开关跳开后, 随着电缆的冷却, 温度会逐渐下降。此种温升法计算步骤非常复杂, 最方便的做法是进行反时负荷保护, 简而言之, 电流过载倍数越大, 允许持续的时间会缩短。
3.6 自动重合闸保护
如果不是永久性短路, 自动重合闸保护对供电质量具有很大作用。但是直流断路器不允许故障跳闸, 因此必须在电路发生永久性短路之前进行合闸操作。具体方法是:开关跳开a秒后, 每间隔n秒, 将电压加到接触网进行短路检测, 连续进行m次。如果每次都可以检测到故障, 就判定为永久性短路。非永久性短路故障的条件是经过连续k次检测1 ≤ k ≤ m, a, n, m, k的大小可有用户修改。
4 结束语
现阶段地铁直流牵引所中配置的直流保护, 很多都出现短路、接地和过负荷等故障。国内目前还不能制造出直流保护。所以, 必须及时使用新工艺, 创新地铁变电所配电形式, 带动地铁发展。
参考文献
[1]吴书锋, 胡平.地铁直流牵引供电系统馈线保护方法分析[J].电力机车与城轨车辆, 2014, (07) .
[2]肖屹.机电设备监控系统在地铁中的应用分析[J].南方农机, 2015, (11) .