城市地铁供电系统继电保护研究
摘 要由于城市交通的日益拥堵，污染的不断加剧。地铁这种用电力牵引的，快速的并且载客量大的城市轨道交通在当今社会大行其道。随着地铁的不断发展，伴随而来的是地铁的安全性与可靠性课题的研究。地铁所需要的电能，由城市轨道交通供电系统提供。城市轨道交通的供电系统一当停止供电整个供电系统都会瘫痪，危机乘客的安全，造成财产的损失。课题的研究对象是地铁直流牵引供电系统，对直流侧继电保护进行详细分析，根据各自的特点进行保护配合设置。本文分析了现有的整流继电保护方式，把每个快速熔断器串联在整流二极管中，构成电流速断保护的快速熔断器这样的引入非常简单具有可行性。大电流脱扣保护的保护断路装置，可以非常快的使断路器断开，免除供电系统因为故障电流所造成的危害。我们主要通过对现有的直流侧继电保护配置进行分析，从中发现传统的直流侧保护方式现存在着两个缺点:第一个不足点是牵引网馈线末端的短路故障保护还是非常的薄弱，容易发生误动，动作时间过长;第二，现有的直流侧继电保护不能识别震荡电流，经常发生误动。论文提出了dildt与Δt配合保护方式，并且验证了dildt与Δt能够有效地扩大馈线保护的范围，提升保护的精度。当短路故障发生在牵引母线远端时，di/dt与ΔI配合保护和传统的大电流脱扣保护相比动作的时间短了很多。所以我们选择di/dt与ΔI配合保护为直流侧继电保护的主保护。摘 要 2
目 录
ABSTRACT 3
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1研究背景和意义 2
1.1.2供电系统继电保护的重要性 2
1.2直流牵引供电系统 4
1.2.1电力系统继电保护的概况 4
1.2.2直流供电系统的保护现状 6
1.3本论文主要研究内容 7
第二章 地铁供电系统 8
2.1高压供电系统 8
2.2牵引供电系统 9
2.3牵引供电系统运行方式 10
第三章 地铁供电系统继电保护 12
3.1继电保护的基本原理 12
3.2直流牵引系统继电保护 13
3.2.1整流继电保护 13
3.2.2直流馈线继电保护 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第四章 直流侧继电保护配合设计 16
4.1 与ΔI保护配合 16
4.2 直流侧主保护选取 18
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1引言
城市轨道交通是采用轨道结构式的车辆运输进行承重和导向的系统，按规划的要求，城市交通的轨道路线可分为全封闭部分和半封闭部分，例如:单轨、轻轨、地铁、有轨电车、磁悬浮系统、市域快速轨道系统、自动导向轨道系统，都是采用列车或单车形式运送相当规模客流量的公共交通方式。城市轨道交通运用最为广泛的交通方式是地铁，自从1863年开始建设地铁，世界各地都在快速的发展地铁。
随着历史的发展，轨道交通在历史的长河中越来越重要，发展得越来越快。城市轨道交通的诞生的标志是世界上第一条地铁线路的建成，它是在1863年，英国伦敦采用“挖盖”的方法建成，全长6. 5km。之后世界上第一条采用电力机车牵引列车的地铁是1890年建成。1863—1924期间，发达国家开始修建轨道交通，大部分集中在美洲和欧洲地区并开始普及；19251949年因为第二次世界大战的发生，经济下滑，发展军事武器其他各种建设都受到影响轨道交通建设也不例外；1950到1974年间，欧洲和亚洲以及美洲超过30多座城市的城市轨道交通陆续通车；1975到2000年间，地铁更是发展迅速世界上又多了30多个城市建设地铁，当中就亚洲通地铁的国家就有20余座城市开通了地铁，由此可见轨道交通的迅速发展，尤其是像中国等新兴发展中国家发展的步伐更是飞速。
1965年我们国家慢慢开始发展城市轨道交通。我国现代城市轨道交通建设的正式开始是北京地铁1号线的建成。因为当初我们国家经济还比较弱后，所以只在较为发达的城市开通地铁，如广州、上海、北京等地。但是随着我国经济的快速发展，大中城市交通拥堵额度问题越来越突出突出，因此，各大城市也都开始了城市轨道交通的建设。目前，中国的城市轨道交通是世界各国中发展最为迅速的。到2010年底，我们国家建设了城市轨道交通的城市有13个，总长度达到1425.5km；随后又以迅猛的速度继续发展，尤其是北京的地铁2015年实现了 “三环、四横、五纵、七放射”总长度达到561公里的轨道线路，每天的载客量从原来的220万人增加到了800万人，占城市所有公共交通载客量的50%，承担的总比例由6%上升到23%。
1.1.1研究背景和意义
由于现在城市人口的剧增，导致城市规模不断的扩大。传统的公交车已经很难满足人们出行的需求了。这时候城市轨道交通拥有载客量大、速度快、时间准等优点，使得许多城市扩大或者正在建设地铁。地铁的能否安全运行，和地铁供电系统的安全可靠密切相关。
地铁供电系统起到的作用是向地铁机车和供电设备提供能源动力，它的组成主要是高压供电系统(外部电源)，即城市电网，通常由三种供电方式:集中式、分散式和混合式；和地铁内部供电系统，负责将牵引变电所的三相高压交流电变换成适合机车应用的低压直流电，然后馈电线再把直流电传送到接触网提供给地铁车辆，它由牵引供电系统和动力照明供电系统组成，这两部分组成。供电系统提供了地铁所有需要的电能，正因此它保证了机车和机电系统的正常运行，他的可靠性和安全性和地铁运行的可靠性和安全性息息相关。与此同时，还将向机车提供各类水泵、扶梯、照明、风机等动力机械设备的电源和通信、信号、自动化等设备的电源。另外，地铁供电系统范畴还包括负责供电设备的运行、电力状态监视、电力控制和数据采集的电力监控系统(SCADA)。如今城市中的地铁线路变得越来越多，紧随着地铁的变多地铁的供电系统也变得越来越复杂，出现事故的可能性和故障波及的范围不断扩大、各种损失也越来越多。如果故障在供电系统继电保护中发生的话，它会使的整条地铁线路没有运营的能力，经济的损失也是不可预计的。城市轨道交通供电系统的可靠关系到地铁运行的稳定运营，供电系统的可靠性也对用户供电的连续性有着重大的影响。
1.1.2供电系统继电保护的重要性
当今地铁的飞速发展，我们对地铁的安全可靠的重视也是必不可少的。轨道交通安全运行的前提是城市提供安全可靠的供电系统。然而城市轨道供电系统中存在着各种类型短路故障，是地铁安全运行的威胁之一，尤其是由于短路而引发火灾，不仅导致了设备的损坏、财产的损失更重要的是乘客生命安全。下面列举一些国内外地铁所引起的重大安全事故。
（1）1991年，发生在瑞士苏黎士地铁站的事故。由于地铁机车电线的短路，从而引起了一场大火，最终和另外一梁地铁相撞。
（2）1995年，阿塞拜疆首都的地铁发生问题，引发大火，伤亡惨重（827），故障的原因也是因为地铁发生了电气设备故障;
（3）1969年11月，北京地铁的牵引供电系统直流馈线仅采用大电流脱扣保护，由于单独使用大电流脱扣保护不能正确对故障发生动作，机车在牵引变电站远端发生了短路故障，从而引起了大火，导致死亡6人，中毒200余人。
（4）2000年，发生在奥地利萨尔茨堡州的一件地铁事故，一列地铁在隧道内运行中发生了火灾，18人受伤，155个人死亡。
（5）2003年8月28日，由于突发性的停电故障，将近三分之二的地铁停运，导致25万人被困地铁中对伦敦造成了不可估量的损失。
（6）2008年5月23日，由于供电设备发生了故障，广州地铁1号线部分路段停运89分钟。大量的乘客的出行受到影响，更有一些乘客恐慌奔逃，以为发生了恐怖事件。
（7）2010年，因为一位乘客携带的金属水平尺，不小心掉到了北京地铁站台，导致第三轨间和列车之间出现了电弧。正是由于这一个小小的原因，但是继电保护未动作，最后采用人工断电，损失巨大。
目 录
ABSTRACT 3
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.1.1研究背景和意义 2
1.1.2供电系统继电保护的重要性 2
1.2直流牵引供电系统 4
1.2.1电力系统继电保护的概况 4
1.2.2直流供电系统的保护现状 6
1.3本论文主要研究内容 7
第二章 地铁供电系统 8
2.1高压供电系统 8
2.2牵引供电系统 9
2.3牵引供电系统运行方式 10
第三章 地铁供电系统继电保护 12
3.1继电保护的基本原理 12
3.2直流牵引系统继电保护 13
3.2.1整流继电保护 13
3.2.2直流馈线继电保护 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第四章 直流侧继电保护配合设计 16
4.1 与ΔI保护配合 16
4.2 直流侧主保护选取 18
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1引言
城市轨道交通是采用轨道结构式的车辆运输进行承重和导向的系统，按规划的要求，城市交通的轨道路线可分为全封闭部分和半封闭部分，例如:单轨、轻轨、地铁、有轨电车、磁悬浮系统、市域快速轨道系统、自动导向轨道系统，都是采用列车或单车形式运送相当规模客流量的公共交通方式。城市轨道交通运用最为广泛的交通方式是地铁，自从1863年开始建设地铁，世界各地都在快速的发展地铁。
随着历史的发展，轨道交通在历史的长河中越来越重要，发展得越来越快。城市轨道交通的诞生的标志是世界上第一条地铁线路的建成，它是在1863年，英国伦敦采用“挖盖”的方法建成，全长6. 5km。之后世界上第一条采用电力机车牵引列车的地铁是1890年建成。1863—1924期间，发达国家开始修建轨道交通，大部分集中在美洲和欧洲地区并开始普及；19251949年因为第二次世界大战的发生，经济下滑，发展军事武器其他各种建设都受到影响轨道交通建设也不例外；1950到1974年间，欧洲和亚洲以及美洲超过30多座城市的城市轨道交通陆续通车；1975到2000年间，地铁更是发展迅速世界上又多了30多个城市建设地铁，当中就亚洲通地铁的国家就有20余座城市开通了地铁，由此可见轨道交通的迅速发展，尤其是像中国等新兴发展中国家发展的步伐更是飞速。
1965年我们国家慢慢开始发展城市轨道交通。我国现代城市轨道交通建设的正式开始是北京地铁1号线的建成。因为当初我们国家经济还比较弱后，所以只在较为发达的城市开通地铁，如广州、上海、北京等地。但是随着我国经济的快速发展，大中城市交通拥堵额度问题越来越突出突出，因此，各大城市也都开始了城市轨道交通的建设。目前，中国的城市轨道交通是世界各国中发展最为迅速的。到2010年底，我们国家建设了城市轨道交通的城市有13个，总长度达到1425.5km；随后又以迅猛的速度继续发展，尤其是北京的地铁2015年实现了 “三环、四横、五纵、七放射”总长度达到561公里的轨道线路，每天的载客量从原来的220万人增加到了800万人，占城市所有公共交通载客量的50%，承担的总比例由6%上升到23%。
1.1.1研究背景和意义
由于现在城市人口的剧增，导致城市规模不断的扩大。传统的公交车已经很难满足人们出行的需求了。这时候城市轨道交通拥有载客量大、速度快、时间准等优点，使得许多城市扩大或者正在建设地铁。地铁的能否安全运行，和地铁供电系统的安全可靠密切相关。
地铁供电系统起到的作用是向地铁机车和供电设备提供能源动力，它的组成主要是高压供电系统(外部电源)，即城市电网，通常由三种供电方式:集中式、分散式和混合式；和地铁内部供电系统，负责将牵引变电所的三相高压交流电变换成适合机车应用的低压直流电，然后馈电线再把直流电传送到接触网提供给地铁车辆，它由牵引供电系统和动力照明供电系统组成，这两部分组成。供电系统提供了地铁所有需要的电能，正因此它保证了机车和机电系统的正常运行，他的可靠性和安全性和地铁运行的可靠性和安全性息息相关。与此同时，还将向机车提供各类水泵、扶梯、照明、风机等动力机械设备的电源和通信、信号、自动化等设备的电源。另外，地铁供电系统范畴还包括负责供电设备的运行、电力状态监视、电力控制和数据采集的电力监控系统(SCADA)。如今城市中的地铁线路变得越来越多，紧随着地铁的变多地铁的供电系统也变得越来越复杂，出现事故的可能性和故障波及的范围不断扩大、各种损失也越来越多。如果故障在供电系统继电保护中发生的话，它会使的整条地铁线路没有运营的能力，经济的损失也是不可预计的。城市轨道交通供电系统的可靠关系到地铁运行的稳定运营，供电系统的可靠性也对用户供电的连续性有着重大的影响。
1.1.2供电系统继电保护的重要性
当今地铁的飞速发展，我们对地铁的安全可靠的重视也是必不可少的。轨道交通安全运行的前提是城市提供安全可靠的供电系统。然而城市轨道供电系统中存在着各种类型短路故障，是地铁安全运行的威胁之一，尤其是由于短路而引发火灾，不仅导致了设备的损坏、财产的损失更重要的是乘客生命安全。下面列举一些国内外地铁所引起的重大安全事故。
（1）1991年，发生在瑞士苏黎士地铁站的事故。由于地铁机车电线的短路，从而引起了一场大火，最终和另外一梁地铁相撞。
（2）1995年，阿塞拜疆首都的地铁发生问题，引发大火，伤亡惨重（827），故障的原因也是因为地铁发生了电气设备故障;
（3）1969年11月，北京地铁的牵引供电系统直流馈线仅采用大电流脱扣保护，由于单独使用大电流脱扣保护不能正确对故障发生动作，机车在牵引变电站远端发生了短路故障，从而引起了大火，导致死亡6人，中毒200余人。
（4）2000年，发生在奥地利萨尔茨堡州的一件地铁事故，一列地铁在隧道内运行中发生了火灾，18人受伤，155个人死亡。
（5）2003年8月28日，由于突发性的停电故障，将近三分之二的地铁停运，导致25万人被困地铁中对伦敦造成了不可估量的损失。
（6）2008年5月23日，由于供电设备发生了故障，广州地铁1号线部分路段停运89分钟。大量的乘客的出行受到影响，更有一些乘客恐慌奔逃，以为发生了恐怖事件。
（7）2010年，因为一位乘客携带的金属水平尺，不小心掉到了北京地铁站台，导致第三轨间和列车之间出现了电弧。正是由于这一个小小的原因，但是继电保护未动作，最后采用人工断电，损失巨大。
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