整流变压器与整流器之间保护死区分析

2013-09-25王明飞

城市轨道交通研究 2013年1期

王明飞赵雪

（中铁二院工程集团有限责任公司，610031，成都∥第一作者，工程师）

目前，国内地铁供电系统中压35 kV交流电源通过整流变压器和整流器（统称为整流机组）降压整流为DC1 500 V电源为列车供电。整流变压器低压侧通过电缆连接至整流器，由于整流变压器与整流器之间未设置开关设备，当发生单相接地故障时，整流变压器35 kV侧保护装置保护不到此部分，故存在保护死区问题。本文结合深圳地铁龙岗线（原3号线）工程具体分析这一问题，并提出解决方案。

1 系统接线

国内地铁整流变压器与整流器接线见图1。整流变压器（TR）通过35kV开关接入35kV母线；整流变压器（TR）与整流器（R）之间通过电缆连接；DC 1 500V正极通过直流快速断路器接入直流系统母线，负极通过手动隔离开关接入直流系统母线。整流变压器采用干式变压器，额定变比为35kV／1.18kV／1.18kV，其高压侧采用延边△接线，低压侧采用Y接线和△接线。

图1 整流变压器与整流器接线示意图

每套整流机组构成12脉波整流。两套整流机组并联运行，构成24脉波整流。

2 整流机组保护配置

2.1 整流变压器保护设置

2.1.1 整流变压器35kV进线断路器保护配置

（1）电流速断保护；

（2）过电流保护；

（3）零序电流保护；

（4）过负荷保护；

由于体育活动需要场地与体育器材，就需要具备一定经费的投入，只有在体育方面进行经费的投入，幼儿园才能进行体育活动[3]。经过对成都市龙府幼儿园的调查，发现幼儿园的体育方面的经费一般来自政府的投入和自筹，而幼儿园在体育方面的经费与幼儿园的类别有非常大的关系，成都市幼儿园在体育活动经费的投入方面出现不均衡的情况，一些民办幼儿园由于体育方面的经费不足，导致活动场地和体育器材都出现短缺的情况，这种情况的出现导致幼儿健康教育方面的目标很难完成。

（5）整流变压器内部保护（温度保护）。

2.1.2 保护整定原则

（1）电流速断保护整定原则：电流速断保护动作电流应躲过整流变压器空载合闸时的励磁涌流，按Izd≥8Ie，t≥0.10s整定（Izd为电流速断一次整定值，Ie为额定电流）。保护装置的灵敏度系数Ksen≥2，按照系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流校验。

（2）过电流保护整定原则：整流机组要求300%额定负荷运行1min，过电流保护动作电流应躲过可能出现的最大负荷电流，按Izd≥4Ie，t≥0.40s整定。保护装置灵敏度系数Ksen≥1.5，按照系统最小运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧（保护安装处）的短路电流校验。

（3）零序电流保护整定原则：零序电流保护动作电流应躲过正常运行时出线的最大不平衡电流，按IE≥0.4Igf整定（IE为零序电流整定值，Igf为最大负荷电流）。保护装置灵敏度系数Ksen≥2，按照本段线路末端最小短路电流校验。

（4）过负荷保护整定原则：过负荷保护动作电流应躲过整流变压器的最大负荷电流，同时考虑继电器的反时限曲线应与整流变压器的过载特性曲线相匹配。

（5）温度保护：整流变压器温度保护，130℃报警，150℃跳闸。

2.2 整流器保护设置

（1）快速熔断器保护；

（2）交流侧过电压保护；

（3）直流侧过电压保护；

（4）换相过电压保护；

（5）温度保护；

（6）逆流保护；

（7）框架保护。

2.2.2 保护整定原则

（1）整流器温度保护，100℃报警，130℃跳闸。

（2）框架保护由直流负极柜保护装置整定。

（3）整流器其他保护由厂家整定。

3 保护死区分析

3.1 电流速断保护

整流变压器电流速断保护按照躲过变压器空载合闸时的励磁涌流整定，根据深圳地铁龙岗线工程的供电系统数据，计算结果见表1。

表1 整流变压器电流速断保护整定

根据表1，整流变压器高压侧发生短路时，保护装置处最小两相短路电流为1 718A，电流速断整定值灵敏度系数Ksen＞2，电流速断保护能可靠动作，不存在保护死区问题。

整流变压器电流速断保护按照躲过变压器励磁涌流整定，而不是按照通常的配电变压器应躲过低压侧短路时流过高压侧保护装置处最大短路电流整定。其主要原因是整流变压器低压侧未设置开关设备，当整流变压器低压侧发生三相或两相短路时，希望电流速断保护也能保护得到。

整流变压器低压侧短路时，流过保护装置的最大三相电流为578A，最小两相短路电流为415A，当整流变压器与整流器之间发生三相或两相短路，短路电流大于电流速断整定值时，电流速断保护就会动作。

3.2 过电流保护

整流变压器过电流按照躲过可能出现的最大负荷电流整定，根据深圳地铁龙岗线工程的供电系统数据，计算结果见表2。

表2 整流变压器过电流保护整定

由表2知，整流变压器与整流器之间发生三相或两相短路时，流过35 kV保护装置处的最小两相电流为415 A，过电流整定值灵敏度系数Ksen＞1.5，过电流保护能可靠动作，不存在保护死区问题。

3.3 零序电流保护

根据《短路电流实用计算》，变压器的零序电抗与它的型式、构造，以及绕组的接线组别有关。零序电流不能通过中性点不接地或没有中性线的、接线为星形的变压器绕组。另外，如果线路终端所接变压器的绕组为三角形连接，则此线路中也不通零序电流。所以，零序电压如果加在变压器中性点不接地，或没有中性线的星形及三角形连接的变压器绕组一侧（不论另一侧如何连接），在这些绕组中都不会产生零序电流。只有当零序电压加在变压器中性点直接接地或有中性线的星形绕组一侧时，才会产生零序电抗，X0（零序电抗值）才是有限值。

整流变压器高压侧上一级电源采用110kV／35 kV，YN，d11接线的变压器，变压器110kV侧中性点直接接地，变压器35kV侧采用接地变压器通过小电阻接地。整流变压器进线电源零序回路畅通，当整流变压器进线侧发生单相短路时，整流变压器进线35kV断路器零序电流保护能可靠动作，不存在保护死区问题。

整流变压器高压侧采用延边△接线，低压侧接线分别为Y和△接线，Y接线没有中性点引出，整流变压器零序回路不通，当整流变压器与整流器之间发生单相短路时，35kV侧零序电流保护不会动作，故存在保护死区问题。

3.4 过负荷保护

过负荷电流按照躲过整流变压器的最大负荷电流整定，过负荷保护不存在保护死区问题。

4 国内工程现状

目前，整流变压器一般设置在单独的设备间内，整流器一般布置在与整流变压器相邻的设备房内，连接电缆的单根长度一般不长，且整流变压器与整流器之间的电缆采用非铠装电缆，故发生单相短路的故障概率相当低。

一旦整流变压器与整流器之间发生单相短路，整流变压器35kV侧保护无法动作，整流变压器低压侧系统为不接地系统，非故障相电压将抬高倍，同时整流器进线缺相，整流器输出的电压波形畸变率很高，不利于为列车供电。

5 保护死区解决方案

当整流变压器与整流器之间发生单相短路时，整流变压器35kV侧保护装置保护不到。建议在整流器进线侧设置缺相保护装置，来解决整流变压器与整流器之间保护死区的问题。当检测到整流器进线三相电源中有一相且仅有一相电源失去后，整流器装置通过硬接线将跳闸信号传送给对应的整流变压器35kV进线开关柜保护装置，使35kV断路器跳闸，同时35kV保护装置联跳对应的DC 1 500 V进线断路器，把故障整流机组有效隔离开来。