[发明专利]一种用于直流牵引大电流抑制电感的量值下限的计算方法

说明书

当前无轨电车牵引供电系统中，当直流馈出电缆和接触线连接附近发生金属性短路时，容易造成直流进线断路器越级跳闸。在直流进线和直流母线的连接处增加电感后可有效抑制短路电流的快速上升，避免直流进线断路器出现越级跳闸。如果所增加电感的量值过大会导致接触线远区发生短路时保护无法检测，造成保护拒动。本发明所述的一种用于直流大电流抑制电感的量值下限的计算方法，通过分析直流馈线断路器的跳闸过程和进线短路的分闸时间，确定进线断路器不出现越级跳闸的时间条件，计算出直流附加电感L_a的取值下限，无需进行专门的工程试验或复杂的供电站模拟计算，可有效解决直流进线断路器越级跳闸的问题，又避免了接触线远端发生短路时馈线保护难以检测的问题，极大地简化了直流牵引供电系统的设计难度。

技术领域

本发明涉及一种电感量值范围的计算方法，特别是涉及一种用于直流牵引大电流抑制电感的量值下限的计算方法。

背景技术

在无轨电车牵引供电系统中，牵引供电站能够给无轨电车提供直流电能。从牵引供电站的供电结构来说，高压交流电能通过变压器转换为低压交流电能，再经过整流器转换为直流电能，变压器和整流器合称为整流器组。一般情况下，牵引供电站配备2～4套整流器组，分别通过直流进线连接至直流母排。直流母排可馈出多路直流馈线，直流馈线通过电缆引出后连接至外部接触线网，达到给无轨电车供电的目的。

随着国家城市化进程的加速，城市内土地供应紧张，牵引供电站也向小型化箱式变电站发展。牵引供电站内一般配置单套12脉波整流器组，直流进线的数量也由原来的2～4路缩减为1路，从直流母排馈出的直流馈线数量也较少，一般仅为2路或3路，如图1所示。由于市政施工的限制和要求，从直流馈线引出至接触网的直流电缆长度也被限制在100米左右。整个系统回路阻抗大大降低了。

在这样的供电背景下，直流馈出电缆长度越短，发生短路时系统回路阻抗越低。对于供电站内最短直流馈出电缆所对应的馈线断路器，一旦在接触网靠近该直流电缆连接点附近发生金属性短路时，通过该馈线断路器的直流短路电流上升率巨大，稳态短路电流值也非常高，对应的直流馈线断路器将使用自带的电磁脱扣保护迅速切断故障，但是由于电流上升速度过快，直流馈线断路器在分闸过程中直流短路电流依然在快速增长，很容易导致直流进线断路器自带电磁脱扣保护误动作，导致越级跳闸，让整个系统保护失去了选择性。

针对这种情况目前采用，在直流进线回路中加入电感可以显著降低直流短路电流上升率，保证短路电流在上升过程中馈线断路器正常动作切除短路电流的过程中进线断路器不动作，如图2所示。同时也存在，所增加的电感不能过大，否则会导致距离连接点较远的接触网处发生短路时电流上升率过低无法启动远区保护，造成保护拒动。因此，既要保证进线断路器不发生越级跳闸，又要为远区保护正常启动创造条件，必须确定所增加电感量值的下限。

图3中所示是典型的近端金属性短路馈线断路器分断过程：短路电流首先攀升至馈线断路器保护整定值I_k以上，从此开始计时，经过分闸时间T_fk后，馈线断路器触头开始分离，因为直流断路器灭弧需要一定的时间，直流短路电流还将持续上升，达到短路电流最大值I_d后开始下降，后逐渐降为0，完成整个分断过程。其中，从短路电流超过I_k开始，到流过断路器的短路电流为0称为直流馈线断路器全分断时间T_ok。近端短路馈线断路器分断过程中，电流上升部分和电流下降部分在时间轴上具有一定的对称性，短路电流从上升到达顶点所用的时间和从顶点下降至0的时间基本相等。从图3中可以看出，如果短路电流超过I_s的时间大于进线断路器的分闸时间T_fs，则会导致进线断路器越级跳闸。

如果在回路中增加电感，通过电感可以降低短路电流上升率，让电流超过进线断路器保护整定值I_s的时间减少，最终保证直流进线断路器不出现越级跳闸。