11.3.1 接觸網(wǎng)采取保護(hù)措施的目的

為接觸網(wǎng)設(shè)施設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施能使接觸網(wǎng)的熱性能得到充分利用，這本身也是使設(shè)計(jì)充分的接觸網(wǎng)系統(tǒng)得到最佳運(yùn)行的必要條件。

接觸網(wǎng)設(shè)施是鐵路牽引供電系統(tǒng)中熱載荷容量最小的部分，為此可認(rèn)為： 如果接觸網(wǎng)得到很好的保護(hù)，那么所有其他與接觸網(wǎng)串接的運(yùn)行組件將得到充分的保護(hù)。

接觸網(wǎng)的保護(hù)措施具有識別和評估任何故障的產(chǎn)生這個基本目的，為了：

—排除或減少對直接或間接暴露或與故障電流電壓接觸的人員傷害;

—使接觸網(wǎng)設(shè)施、設(shè)備之損壞降至最低限度;

—維持牽引供電的最佳工作效率;

—提供和處理有助于故障分析的信息。

要達(dá)到這些目標(biāo)，保護(hù)措施必須能夠安全、快速、有選擇性地切除所有不被允許的牽引接觸網(wǎng)負(fù)荷，這類不被允許的接觸網(wǎng)負(fù)荷例如：

—網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的所有類型的短路;

—造成受保護(hù)接觸網(wǎng)允許的最終溫度θlim(如德國鐵路接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)Re200、Re250型為70℃，Re330型為80℃) 超出允許范圍的運(yùn)行電流的原因。

在牽引供電設(shè)施中，故障要比公共供電網(wǎng)發(fā)生得更加頻繁。

圖11.38提供了接觸網(wǎng)保護(hù)措施運(yùn)用的任務(wù)、目標(biāo)和基本原理。圖11.39示出一架空接觸網(wǎng)設(shè)施的容量特性及用于各種保護(hù)機(jī)構(gòu)的保護(hù)措施達(dá)到的保護(hù)特性。

第10.5節(jié)講述了如何獨(dú)立地經(jīng)過回路斷路器向每個供電臂供電。每個回路斷路器都配備了保護(hù)回路及設(shè)備。對既有的線路要確定其極限值，超出這些值時，相應(yīng)的保護(hù)繼電器就要觸發(fā)回路斷路器跳閘。直接進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)設(shè)備稱為主保護(hù)，主保護(hù)設(shè)備必須能夠確認(rèn)在相關(guān)的供電臂是否發(fā)生了短路，并將它與其他供電臂的故障區(qū)分開。

圖11.38 牽引接觸網(wǎng)所采用的保護(hù)措施的任務(wù)和目標(biāo)

a) 當(dāng)由EFS1 (具有一開斷時間為60ms的電源回路斷路器) 進(jìn)行保護(hù)時的真實(shí)保護(hù)范圍

b) 由熱保護(hù)措施I2·t進(jìn)行延伸保護(hù)

c) 能由I2·t及起始電流限定電路圖覆蓋的范圍

圖11.39 架空接觸網(wǎng)用保護(hù)措施的載流容量

假如負(fù)責(zé)某供電區(qū)段的保護(hù)繼電器或相關(guān)的電源回路斷路器失效的話，故障電流就不能被切斷，在此情況下備用保護(hù)措施必須確保電流能斷掉，通常此種設(shè)置要區(qū)分下面的不同：

—備用保護(hù)1，它表示如保護(hù)繼電器或電源回路斷路器失效即投入工作;

—備用保護(hù)2，它如第1.3.3.5節(jié)所敘述的那樣用作主保護(hù)。

11.3.2 德國鐵路對架空接觸網(wǎng)采用的保護(hù)措施

以下章節(jié)包含了對單相交流16.7Hz鐵路網(wǎng)的架空接觸網(wǎng)保護(hù)措施進(jìn)行的扼要介紹，其基本原理和保護(hù)措施也可在單相交流50Hz設(shè)施上應(yīng)用。

在電力牽引的早期，在供電變電所、開閉所和分區(qū)所采用簡單的機(jī)電繼電器作為架空接觸網(wǎng)保護(hù)。以1975年起，由于易于獲得適用的電子組件，老設(shè)備被電子模擬保護(hù)設(shè)備所替代，如SDB15、7SL16、EFS1和EFS2。用于單個架空接觸網(wǎng)區(qū)段的保護(hù)設(shè)備應(yīng)當(dāng)符合以下條件以便適應(yīng)鐵路的特殊需要 (具有明顯的運(yùn)行電流高峰和直至45kA的極端短路電流)。

—快速的大電流回路切斷;

—過電流時間保護(hù);

—帶有兩套參數(shù)及過電流動作的二段距離保護(hù)，也稱阻抗保護(hù);

—區(qū)分大的運(yùn)行電流和短路之間差別的能力;

—熱過負(fù)荷保護(hù);

—緊急過電流時間保護(hù)以防備距離保護(hù)措施的失效;

—備用保護(hù)。

如圖11.40所示，應(yīng)用帶恰當(dāng)保護(hù)的變壓器芯的互感器來檢測電流和電壓并提供保護(hù)回路的輸入。用作初級保護(hù)的短路保護(hù)設(shè)備必須能夠探測出無故障阻抗情況下的短路，它必須也能探測出故障阻抗并不超出回路阻抗的被保護(hù)區(qū)段遠(yuǎn)端的短路。現(xiàn)代保護(hù)繼電器的命令響應(yīng)周期在2ms范圍內(nèi)。用來切斷短路電流的全部周期是保護(hù)繼電器命令響應(yīng)時間和電力回路斷路器切斷周期之和，就是說，實(shí)際跳閘周期和電弧熄滅周期之和。

圖11.40 架空接觸網(wǎng)保護(hù)與電壓、電流互感器的連接

架空牽引接觸網(wǎng)保護(hù)繼電器設(shè)定的最重要階段是：

大電流保護(hù)： I>>>

由于短路發(fā)生在變電所附近造成的短路電流，要比短路發(fā)生在供電區(qū)段末端或接近兩個變電所間中點(diǎn)造成的短路電流大得多，這是因?yàn)楣╇婞c(diǎn)和短路位置之間的阻抗要低得多。大電流保護(hù)的目標(biāo)是當(dāng)預(yù)設(shè)的電流極限值被超出時馬上發(fā)送一 “斷開”信號至相應(yīng)的斷路器。在大電流保護(hù)回路中選擇性原則是不能經(jīng)�！”３值�，因?yàn)闃O大的短路電流必須阻止以免會將接觸線熔化。

二段距離保護(hù)

在相互連接網(wǎng)絡(luò)以及在架空接觸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中需要用距離保護(hù)有選擇性地切斷短路，這些措施也叫作阻抗保護(hù)，意味著在保持選擇性原則的同時將發(fā)生在離開供電變電所很遠(yuǎn)距離的短路斷開。這種保護(hù)形式的運(yùn)行是根據(jù)阻抗之內(nèi)起動的原理，假如發(fā)現(xiàn)短路阻抗低于預(yù)設(shè)阻抗值，距離保護(hù)就起動。德國鐵路在第一距離 (或阻抗) 保護(hù)段和第二距離 (或阻抗) 保護(hù)段之間加以區(qū)分。

第一阻抗段： (Z<)

這是作為主要保護(hù)用在架空接觸網(wǎng)上直至下一保護(hù)區(qū)段 (例如在變電所與分區(qū)所之間)。“斷開” 信號在命令延遲30ms后發(fā)送到相應(yīng)的斷路器上去。