地铁直流供电保护系统结构与控制逻辑

地铁直流供电保护系统结构与控制逻辑

王　艇, 刘　, 谢志意(江苏大学, 江苏镇江212013)

Configuration and Control Logic in Subway DC Power Supply System

WANG Ting ,L IU Jing , XIE Zhi yi (Jiangsu University ,Zhenjiang 212013,China )

　　摘要:地铁直流供电的保护与控制系统对确保地铁的安全可靠运行起着关键作用. 介绍了地铁直流保护装置的基本结构和主要保护方法, 护与控制功能, 辑.

关键词:中图分类号文献标识码:A

文章编号:10012257(2006) 08005103Abstract :The p rotection and control system in subway DC power supply systems play a key role in ensuring t he safety and reliability of t he sub 2way. This paper int roduces t he basic configuration and t he main p rotection met hods of t he subway DC p rotection system ,and analyzes t he digital cont rol logic of t he DC p rotection system , acco mpanying wit h it s protection and control f unctions.

K ey w ords :DC power supply ; subway ; digital cont rol logic

. , 4部分, 即:模拟量输入测, 控制功能, 数据记录功能以及通讯功能. 在系统的结构上, 以南京地铁为例, 可分为保护模块(V PC 板) , 主控模块(V IUC 板) , 输入模块(VMI 板) 和输出模块(VMO 板) . 系统的基本结构和输入输出量如图1所示

.

图1　直流保护系统的基本结构

1. 1　VPC 板

0　引言

地铁直流牵引供电系统是一个复杂系统[1], 其核心技术是直流供电控制与保护. 目前, 国内对直流

保护设备的研发尚处于起步阶段, 国外有代表性的产品是瑞士塞雪龙和德国西门子的直流保护装置. 而设备的国产化是必然的发展方向. 本文就直流保护系统的硬件结构和控制逻辑进行探讨.

保护板主要包括测量和保护功能, 有4个模拟量输入, 而在实际输入中主要包括主母线电压, 馈线电流和馈线电压3部分. 其控制芯片可采用80C196单片机, 采用12M Hz 外部晶振, 并扩展外部存储器, 用于和主控板数据进行交换, 并存储历史数据. 1. 2　VIUC 板

1　系统功能与结构

直流保护装置安装于开关柜内, 为直流牵引系

收稿日期:20060309

主控制板主要包括:微处理器MO TOROL A

MC68302,20M Hz 内部时钟, 外部扩展存储器, 数字逻辑模块(使用可编程逻辑器件) , 电源监控模块, 以及通信模块. 其通信模块用于实现与PC 机的通信以及通过Profibus 总线进行主从机之间通信. 1. 3　VMI 板

开关量输入板主要是将开关量信号转换成微处

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理器能处理的电平信号. 输入信号主要包括:加热器回路故障信号、HSCB (高速开关) 线圈回路故障信号、测量熔断器故障信号、测试熔断器故障信号、跳闸与闭锁信号、联跳输入信号、HSCB 分闸、HSCB 合闸、手车位置信号、控制回路与DS 马达回路信号、马达热故障信号、DS 锁定、DS 手动解锁、DS 分闸、DS 合闸、保护装置接通、远方模式、HSCB 合闸、复位、旁路线路测试、O HL DS 分闸及O HL DS 合闸.

1. 4　VMO 板

若u f >u set , 则表示轨道带电. u set 为设定值.

b. Δu 监测与保护:检测整流器电压与回流网之间的电压差Δu , 若Δu >Δu set , 则可能引起大电流, 断路器不能合闸.

c. U flow 保护. 连续测量远离电源点的压降U f ,

如果U f

d. 电压降保护(falling voltage ) . 连续测量馈线

电压和电流, 计算出阻抗值, 通过阻抗值及馈线电流、, 从而对远距离故障. 参考文献[3]对该开关量输出板将微处理器输出信号经逻辑器件

驱动成为系统控制信号. 输出信号主要包括HSCB 分闸、HSCB 合闸、线路测试进行中、O HL O HL DS 合闸、手车解琐及θa. 热保护. 连续测量馈电电流, 计算热载θt , t

为被保护装置的额定电流I n 和时间常数τ的函数,

-其中θt =(1-e

t/τ

2　保护方法

直流保护装置必须在机车电路发生故障时快速准确地检测出故障, 及时地切断故障, 同时要避免机车启动时的大电流和运行时的电气参数变化而引发的误跳闸[2]. 主要的保护方法简述如下. 2. 1　电流保护

a. 大电流脱扣保护. 用于切除近端发生的短路故障, 该电流值按馈线瞬时电流的峰值设定. 保护的灵敏性是其特点, 其动作时间只有几毫秒, 它优先于其它保护.

b. 电流上升率及电流增量保护(DDL 保护) . 通过分析电流变化率d i /d t , 当d i /d t >a set , 则启动保护, 启动后连续采样d i /d t , 若电流持续上升时间超过设定值Δt 则跳闸; 同样基与对d i /d t 的分析, 当保护启动后, 连续采样电流增量的ΔI 值, 若ΔI 超过设定值A , 则跳闸. 该保护用于测量远距离短路故障, 故障电流值小于断路器设定值. 其优点是避免了对绝对电流的检测, 能有效区分机车启动电流和短路电流. 关于DDL 保护, 参考文献[3]和[4]都有详细的介绍.

c. 定时限过流保护(D TM 保护) . 这是基于电流幅值的判别方法, 当馈电电流超过设定电流值i max +或i max -, 则启动保护, 同时定时器计时, 当延时达到t set , 断路器跳闸. 这是针对电流较小的短路故障设置的后备保护. 2. 2　电压保护

a. 馈电电压u f 的监视. 连续测量馈电电压u f ,

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) (I/I n ) 2θθ. t 的初值θt 0=98%A ,

θA 为设置的报警值, 当所测热载温度达到θA , 则发θ出报警信号; 当θt >101%A , 则断路器分闸, 并发出闭锁信号. 当θt

b. 馈电绝缘检测. 通过测量馈线和回流网之间

的阻抗来检测其绝缘性能.

c. 断续弧. 保护在机车有轮胎时, 轮胎破裂处和

正电极轨道的磨擦引起的闪弧所造成的损坏.

3　控制功能与控制逻辑

分合闸操作、联跳、自动重合闸、闭锁及线路测试是保护装置的主要控制功能. 保护功能触发信号可引发联跳信号; 闭锁的产生与解除制约着重合闸; 而后故障产生后进行的重合闸与线路测试, 决定分合闸动作. 3. 1　分合闸操作

该操作分为电保持型断路器和磁保持型断路器的操作, 包括对合闸线圈通电时间的控制. 其中电保持型断路器的合闸线圈为长期通电型, 磁保持型断路器的合闸线圈为短时通电型. 3. 2　联跳

这是针对双端供电模式, 由先检测出故障一侧的保护装置切断本侧断路器, 同时向为该区段供电的邻站发出联跳信号, 使其迅速跳闸, 并进入锁定状态. 在断路器重合闸成功后, 取消联跳信号. 联跳的目的是提高保护的及时性和可靠性. 保护功能触发

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与联跳的控制逻辑如图2所示. 其中输入的各种保护信号为模拟量, 经A/D 转换后进入数字逻辑器件处理

.

3. 4　线路测试功能(E DL)

在合闸前必须对线路进行测试, 以防止断路器与短路故障处接通. 线路测试用于馈线断路器, 基本的测试原理是通过测量馈电与回流网之间的电压及线路电阻, 与设定值比较, 确定是否能合闸. 线路测试功能的控制逻辑如图4所示.

图中回流网电压和馈线电压与电流为经检测后输入的模拟信号

.

图2　保护功能触发与联跳的控制逻辑

3. 3　自动重合闸与闭锁

件动作, , 需要及时地解除. 量, 但重合闸不能是带故障的试合闸, 否则会增加分合闸次数而损耗断路器. 在重合闸系统中, 断路器每隔一段时间重合闸一次, 同时进行线路测试, 判断能否重合闸. 如果重合闸次数超过预设定次数合闸仍不成功, 则认为是永久性故障, 闭锁重合闸回路. 其中闭锁可以手动解除.

闭锁、触发及重合闸之间的逻辑关系如图3所示

.

图4　线路测试功能的控制逻辑

4　结束语

直流供电保护的可靠性和准确性是至关重要的

因素. 本文给出了直流牵引供电保护系统的结构和数字控制逻辑, 结合日趋成熟的直流保护原理, 国内相关企业可以在此基础上开发出可靠性和智能化程度更高以及通信便捷的直流保护设备, 以顺应国内日益扩大的地铁市场需求. 参考文献:

[1]　Zhu Panfeng ,Li Y ongli ,An adaptive protection scheme

in subway DC traction supply system[A ].Proceedings of International Conference on Power System Technol 2ogy[C].2002. 716-719. [2]　Ku Bih

Yuan . Simulation and emulation of rapid

transit DC short circuit current [A ]. Proceedings of the 2003IEEE /ASM E Joint Rail Conference [C ]. 2003. 191-197.

[3]　蔡　彬, 陈德桂. 城市轨道交通直流供电的控制和保护

系统[J].低压电气,2000, (6) :21-24.

[4]　周　捷, 宋云翔. 直流牵引供电系统的微机保护测控探

讨[J].电网技术,2002, (6) :57-60.

作者简介:王　艇　(1981-) , 男, 江苏昆山人, 江苏大学电力

图3　闭锁、触发及重合闸的控制逻辑

电子与电力传动专业硕士研究生, 研究方向为直流供电系统的保护.

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