城市軌道交通供電系統(tǒng)運行與管理

過電壓防護

一過電壓類型二目錄過電壓保護三城軌供電系統(tǒng)過電壓保護四鋼軌電位限制裝置學習目標知識目標：（1）熟悉過電壓的類型。（2）了解過電壓保護的概念。（3）掌握城軌供電系統(tǒng)過電壓保護的方法。（4）掌握鋼軌電位限制裝置原理。能力目標：（1）會分析過電壓現(xiàn)象。（2）會解釋不同類型的過電壓保護措施。（3）會解釋鋼軌電位限制裝置的原理，會分析其與直流框架保護的不同。素質目標：（1）培養(yǎng)系統(tǒng)思維意識。（2）樹立安全第一、預防為主的意識。

01過電壓類型一、過電壓類型過電壓按引起的原因不同分為大氣過電壓和內(nèi)部過電壓。由雷電引起的過電壓叫做大氣過電壓；電力系統(tǒng)中內(nèi)部操作或故障引起的過電壓叫內(nèi)部過電壓。大氣過電壓分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓；內(nèi)部過電壓分為工頻過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。1．雷電過電壓由雷電引起的過電壓叫做雷電過電壓。雷電過電壓分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。直擊雷過電壓是指雷電直接對電氣設備或線路放電，可引起電氣設備或線路損毀。感應雷過電壓是指雷電雖然沒有直接擊中電氣設備或線路，但是由于大氣中的雷云電荷作用，在電力系統(tǒng)的架空線路上感應出異種電荷。一、過電壓類型2．內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓是指電氣設備和電力線路在運行中有時要改變運行方式，如停送電操作、系統(tǒng)短路跳閘、斷線接地等都會引起電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的局部變化而形成的過電壓。（1）工頻過電壓工頻過電壓包括工頻穩(wěn)態(tài)過電壓和工頻暫態(tài)過電壓。①工頻穩(wěn)態(tài)過電壓主要是指空載長線路末端的電壓升高，在三相中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，其它兩相對地電壓的升高。②工頻暫態(tài)過電壓是指當系統(tǒng)內(nèi)突然跳閘，甩掉大量負荷后，在發(fā)電機組的調速器及調壓器來不及起作用的短暫瞬間內(nèi)，發(fā)電機的轉速上升而引起的電壓升高。一、過電壓類型2．內(nèi)部過電壓（2）操作過電壓操作過電壓包括分合空載長線路引起的過電壓，投退空載變壓器引起的過電壓以及中性點不接地系統(tǒng)中單相弧光接地過電壓。（3）諧振過電壓由電感和電容元件串聯(lián)，當感抗與容抗接近相等時，即構成串聯(lián)諧振電路。當電路發(fā)生串聯(lián)諧振時，電感或電容上的電壓將遠大于電源電壓，形成過電壓。根據(jù)諧振時的不同特點，諧振過電壓可分為線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓和參數(shù)諧振過電壓。02過電壓保護二、過電壓保護1．雷電過電壓保護（1）變電所的直擊雷保護可采用避雷針或避雷線，戶外安裝的變壓器設置獨立的避雷針。（2）具有35kV及以上電纜進線段的變電所，在電纜與架空線的連接處應裝設避雷器，其接地端應與電纜金屬外皮連接，以防止雷電波侵入。對三芯電纜，其末端的金屬外皮應直接接地；對單芯電纜，可經(jīng)金屬氧化物電纜護層保護器或保護間隙接地；連接電纜段的1km架空線應架設避雷線。（3）有效接地系統(tǒng)中的中性點不接接地變壓器，如中性點采用分級絕緣且未裝保護間隙，應在中性點裝設雷電過電壓保護裝置，且宜選變壓器中性點設金屬氧化物避雷器。（4）35kV～110kV變電所，在母線上或進線上裝設避雷器。（5）35kV配電變壓器，其高壓及低壓側均應裝設避雷器保護。（6）10kV配電裝置，應在每組母線和架空進線上裝設避雷器。（7）10kV配電系統(tǒng)的配電變壓器應裝設避雷器，避雷器應靠近變壓器裝設，其接地線應與變壓器低壓側中性點以及金屬外殼等連在一起接地。二、過電壓保護2．內(nèi)部過電壓保護（1）工頻過電壓保護對110kV以下系統(tǒng)一般不需要采取專門措施限制工頻過電壓。（3）過電壓限制裝置①小電阻接地系統(tǒng)應選用金屬氧化物避雷器。②不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中諧振過電壓和間隙性電弧接地過電壓的可能性及其嚴重程度，可選用有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器、碳化硅閥式避雷器，或無間隙金屬氧化物避雷器。（2）諧振過電壓保護限制諧振過電壓首先要適當調整電網(wǎng)的參數(shù)，首先應避免諧振發(fā)生，出現(xiàn)諧振時要縮短諧振存在的時間，降低諧振的振幅，削弱諧振的影響，一般是采用電阻阻尼進行抑制。03城軌供電系統(tǒng)過電壓保護三、城軌供電系統(tǒng)過電壓保護1．地下線變電所雷電過電壓保護與變電所設于地面還是地下密切相關，也與其以電源線路的引入和引出采用架空還是電纜線路關系密切。地下線所設置的牽引變電所和降壓變電所一般位于地下，不考慮雷電過電壓問題，只考慮內(nèi)部過電壓保護措施。（1）在變壓器及其保護斷路器之間設置避雷器或阻容吸收裝置。（2）變壓器低壓側宜采用避雷器保護。（3）若中壓母線設置帶有開口三角形零序回路的電壓互感器，應采用阻尼電阻保護。（4）為防止走行軌電位超過允許值，應設置鋼軌電位限制裝置。三、城軌供電系統(tǒng)過電壓保護2．地面及高架線變電所（1）變電所由車站建筑統(tǒng)一考慮直擊雷的防護。（2）變電所每段中壓母線設置避雷器保護。（3）在變壓器及其保護斷路器之間設置避雷器或阻容吸收裝置。（4）若中壓母線設置帶有開口三角形零序回路的電壓互感器，應采用阻尼電阻保護。（5）變電所低壓母線設I級SPD浪涌保護器實施保護。（6）直流開關柜正極和負極母線均設避雷器保護。（7）為防止走行軌電位超過允許值，設置鋼軌電位限制裝置。（8）對于地上區(qū)間變電所，需單獨采取防直擊雷。車輛段、停車場的變電所過電壓保護方案分別與地面及高架線路變電所基本一致。3．車輛段、停車場04鋼軌電位限制裝置四、鋼軌電位限制裝置1．工作原理對于走行軌回流的直流牽引供電系統(tǒng)，正常運行狀態(tài)下，供電分區(qū)內(nèi)列車運行時，走行軌中流過牽引負荷電流，走行軌產(chǎn)生對地電位。當發(fā)生某些故障時，可能會引起走行軌對地電位的陡升，如接觸網(wǎng)與走行軌發(fā)生金屬接觸短路，接觸網(wǎng)對架空地線(地)發(fā)生金屬接觸故障，直流設備發(fā)生框架泄漏故障等。鋼軌電位限制裝置監(jiān)視走行軌與地之間的電壓，如果該電壓超過預定的值，鋼軌電位限制裝置動作，將走行軌短時接地，同時鋼軌電位限制裝置監(jiān)視走行軌與地之間的電流，當該電流低于預定值時，鋼軌電位限制裝置將自動復位，斷開走行軌對地的連接。我國現(xiàn)行標準規(guī)定利用走行軌回流且在最大負載時，走行軌上任意一點對地電位不大于90V。四、鋼軌電位限制裝置1．工作原理當正線區(qū)間出現(xiàn)正極接地故障時，走行軌電位可能超過限定值而使鋼軌電位限制裝置導通，鋼軌電位限制裝置將流過接地故障電流，為避免接觸器觸頭被燒損，鋼軌電位限制裝置的設計采用了晶閘管加接觸器的技術，如圖5.2.1所示。四、鋼軌電位限制裝置2．與直流框架泄漏保護的關系直流框架泄漏保護用來保護直流設備正極碰殼或對地絕緣損壞，設有電壓和電流動作元件，可用于報警或跳閘。鋼軌電位限制裝置兩端分別為走行軌、保護地，用于限制走行軌對地電位，保護人身安全。四、鋼軌電位限制裝置2．與直流框架泄漏保護的關系當發(fā)生直流設備正極碰殼或對地絕緣損壞時，直流框架泄漏保護裝置內(nèi)的電壓元件將檢測設備外殼與走行軌之間的電位差，發(fā)出報警信號；其中的電流元件將檢測設備外殼與保護地之間的漏電流，此漏電流的大小取決于直流框架泄漏保護分流器和走行軌對道床過渡電阻的大小，直流框架泄漏保護將會動作于