轨道交通牵引供变电技术第6章第1节 直流牵引供电系统短路故障分析方法
直流牵引供电系统短路故障分析
直流牵 引供 电系统短 路故 障分析
张 勋 李 乾
（ 西 南交通 大学 电气 工程 学院 ，成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘要
地 铁通常采用低压 直流 上下行接触 网全并联 的双端供 电方 式向机 车提供 电能，由于系统容
量大、供 电电 压低，牵引供 电系统直流侧短路电流对设备的危害大，因此直流牵引供 电系统短路计算 对于确 定继 电保 护装 置的整定值 、选择一次设备 具有 重要意义 。本文结合地铁现场的设备数据 ，建立 了２ ４脉 波整流机组 和牵弓 Ｉ 网的数 学模 型，使用建 立的等效数 学模型对近端短路和远端短路电流进行 计算 ，与短路 电流的仿真结果做 了对 比，并对未发 生短路的接触 网中产 生的环流进行 了分析。 关键词 ：直 流牵 引供 电；整流机 组 ；等效模 型 ；短路 电流
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｔ ｉ Ｓ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｔ ｏ ｕｓ ｅ ｌ ｏ ｗ． ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ＤＣ ｄ ｏ ｕ ｂｌ ｅ ｅ ｎｄ ｅ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐｌ ｙ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｌ ｏ ｃ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｕ ｐ ａ ｎｄ ｄ ｏ ｗｎ ｃ ａ ｔ ｅ ｎ ａ ｒ ｙ ｉ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ， ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｌ ａ ｒ ｇｅ ｃ ａ ｐａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｌ ｏ ｗ－ ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇｅ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏｆ ｓ ｈｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ＤＣ ｓ ｉ ｄ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐｌ ｙ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ．Ｓ Ｏ ｉ ｔ ｐ ｌ ａ ｙｓ ａ ｖｅ ｒ ｙ ｉ ｍ ｐｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ＤＣ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｏｒ ｆ ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｙｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ｅ ｑ ｕｉ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ． Ｃｏ ｍｂ ｉ ｎｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｍｉ ｃ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ， ｔ ｈ ｉ ｓ Ｐ ａ ｐｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ ４一 ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉｅ ｆ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｍｏｄ ｅ １ ．ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｃ ｌ ｏｓ ｅ ． ｕ Ｄ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ．ａ ｎ ｄ ｄｉ ｄ ａ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． ｔ ｈｅ ｎ ａ ｎａ ｌ ｙｚ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｒ ｔ ｏ ｎ— ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｃ ａ ｔ ｅ ｎ ａ ｒ ｙ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＤＣ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐｌ ｙ； ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉｅ ｆ ｒ ；ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄｅ ｌ ；ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
直流牵引供电系统短路试验分析
直流牵引供电系统短路试验分析摘要：直流牵引系统可以给地铁列车提供一定的动力，有效保证地铁安全可靠运行，基于此，本文笔者依据具体工作经验分析了直流牵引供电系统的基本工作原理以及系统组成，提出短路试验方法及提出了如何解决短路问题的措施。
关键词：直流牵引；供电系统；短路试验地铁线路在缓解城市交通压力方面的重要性日趋显现,地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行则对保证机车运行以及乘客的人生安全起到非常重要的作用。
直流系统的运行方式较多,故障时具有短路电流大、难切除的特点,不仅造成经济损失,甚至可能威胁乘客的人身安全。
地铁系统短路电流的准确计算不仅是系统设计规划的依据,也是继电保护整定的基础,对保证人身安全、降低故障损失都有着十分重要的意义。
1、直流牵引供电系统电网110kV的高压电源经过主变电所降压为33kV（10kV）供牵引变电所使用，牵引变电所通过整流变压器和整流机组将交流降压并整流为直流1500V （750V）向机车供电。
直流牵引供电系统如图1所示，地铁一般采用上下行接触网并联双端供电，钢轨回流的方式，其中钢轨通过绝缘垫与大地保持绝缘。
图1牵引供电系统图1.1、牵引变电所和牵引网牵引变电所两台整流变压器一次绕组分别移相+7.5°、-7.5°。
整流变压器将33kV降压为1180V，其二次绕组有一个星形绕组和三角形绕组，分别向两个三相整流桥供电，构成一套12脉波整流机组。
同时，通过与另一套12脉波整流机组经匹配构成一套等效24脉波整流机组，为机车提供DC1500V牵引动力。
牵引网由变电所母线至接触网的馈线、为机车授流的接触网和回流的钢轨组成，上下行的四条钢轨采用全并联的方式作为回流导体。
1.2、牵引网阻抗导体的阻抗由导体电阻和电感决定，导体内部磁链与流过导体的电流之比为内电感，外部磁链与流过导体的电流之比为外电感。
接触网的单位长电阻由式（1）给出，内电感由式（2）给出，由于组成钢轨的铁磁性材料的特殊性，其电阻、内电感的计算十分复杂，工程上通常采用经验公式（3）给出其电阻和内电抗，需要说明的是式（3）给出的是阻抗值，需要将其换算为电感值，在计算钢轨暂态参数时，使用8.13Hz的阻抗值较为准确。
城市轨道交通供电系统故障分析及应对方法
城市轨道交通供电系统故障分析及应对方法摘要：交通系统作为城市稳定发展的关键，是人们评价城市基础建设水平的关键因素。
现阶段，城市轨道交通是人们出现的首要交通工具，有着环保、载客量大等优点，所以也就成为城市基础建设不可缺少的一部分。
在这其中正确的供电系统才能够保证城市轨道交通稳定运行，电力系统的运行直接影响到城市轨道交通的稳定性。
关键词：城市轨道交通；供电系统；故障分析；应对方法1城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统电力的来源可以从发电厂（站）经区域变电站高压线路引用，也可以直接从次级电压的城市供电网得电，这主要由供电系统的实际需求和当地电网的供电能力决定。
如果直接从地方高压电网得电，一般需要增加一级主降压变压器，通过该变压器把高压输电电压从110-220kV降低为10-32kV以符合直流牵引变压所的需求。
按照供电路线从发电厂（站）、升压变压器到高压输电网、区域变电站直至主降压变电站部分通常被称为“外部供电系统”。
而从主降压变压器以后的部分，包括牵引变压所、馈电线、接触网（轨）、走形钢轨、回流线以及机车内部牵引电路等统称为“牵引供电系统”。
机车内部的牵引主回路主要分为牵引主电路、辅助电路和控制电路。
牵引主电路的核心结构为牵引变压器、整流器和牵引电机。
主要功能为列车在牵引和制动时，完成能量的传递和转换，此电路的特点是大功率、高电压和大电流。
辅助电路主要包含两类：交流辅助电路和直流辅助电路，其主要功能是为主电路的通风、冷却辅助电机和电子控制、空调设备等提供电源，功率较小。
控制电路同样包含两类：电器控制电路和电子控制电路。
前者功能是完成电路或气路的开关机逻辑互锁，主要指继电器、电控阀、气动开关等电动或气动的逻辑开关；后者的作用是配合主辅助电路对机车进行控制，主要包含特性控制、防控/防滑、移相控制及脉冲变压器等控制单元。
供电系统中包含着诸如接触网（轨）、回流线等由数量众多的零部件，以及由多条长距离导线构成的输电线路，部分零部件起到悬挂和定位等作用，其主要性能和状态是通过力学进行研究，在系统功能上只负责电能的传输。
直流牵引供电系统短路故障分析
直流牵引供电系统短路故障分析摘要：目前，在轨道交通系统中，一般都是以低电压的 DC上、下接的两种形式为电力系统供电，但系统容量大，供电电压低，所以在电力系统中，直流侧的短路对电力系统的影响很大。
通过对24脉冲整流器和牵引网的分析，利用已有的等值数学模式，分别进行了近侧短路和远侧短路的计算，并与模拟的短路进行了比较；本文还对不存在短路的电网中的电流进行了计算和分析。
关键词：直流牵引；供电系统；短路；故障分析前言：随着我国的社会和经济水平的提高，需要建设更多的地铁以便于人民的生活，特别是在省会城市建设了大量的地铁。
在目前的技术条件下，采用低电压 DC电源对城市地铁具有巨大的优越性，而且比其它的电力方式更加具有经济效益。
目前大部分的地铁线路采用的是750 V和1500 V的电力供应方式。
然而，它也有缺点，例如，如果系统发生了故障，那么它所造成的短路将会对整个地铁的运行造成很大的威胁。
而当地铁在高速运行时，其馈电线路的电压也会有较大的差别，也就是说，其运行速率对电力供应的幅值有很大的影响。
此外，当电力供应系统发生短路时，其短路的幅度也与其距离有很大关系。
因此，通过对电力系统中存在的短路故障进行研究，并据此制定相应的对策，以保证铁路系统的安全和可靠运行。
1、直流系统的短路保护操作1.1短路的故障实例例1：接地和正极间的短路。
某工程工地位于 A变电站旁，因开挖作业不慎造成了 DC支线电缆的接地事故，导致 A变电站的控制信号二次回路，大面积的烧毁网络隔离柜，在短路时产生了大量的火光和白色烟雾。
最终，变电站里的所有直流开关都出现了短路，电力供应中断，设备陷入了停滞。
随后检测结果显示，当发生短路时，最大电流为5527 A，框架保护动作，整个工作时间为23毫秒。
例2：阳极-阴极间的短路。
一条普通的地铁，在经过一段接一段的电力供应区域后。
因为工作人员的操作不当，在弓身的表面留下了一些金属的痕迹，在正常的行进中，这些金属器具与火车、接触网等产生了摩擦，从而导致了电路的故障,这次意外导致地铁在5分钟内停了下来。
轨道交通牵引供变电技术第6章第1节 直流牵引供电系统短路故障分析方法
I eq2
(A)(6.3b)
轨道交通牵引供变电技术
轨道交通牵引供变电技术
2. 双边供电短路计算 不考虑相邻牵引变电所的影响时，两座牵引变电所 双边供电发生短路的等值电路如图6.5（a）所示。 经△-Y变换的等效电路如图6.5（b）所示。
（a）
（b）
图6.5 牵引网双边供电短路不考虑相邻牵引 变电所等值电路图
轨道交通牵引供变电技术
图中 U d 0 ——牵引变电所母线空载电压 Req1 、 Req 2 ——牵引变电所等值内阻 Rc 、Rc1 、 Rc2 ——各段接触网电阻 Rr1 、Rr 2 ——走行轨电阻（上、下行并联） Rc Rc1 Rc Rc2 R Rq2 图6.5（b）中 ，q1 R R R ， ，
轨道交通牵引供变电技术
一、牵引变电所等值内阻的电路图法[6]
牵引变电所内阻包括以下四 个部分的设备的阻抗：交流 中压电缆、牵引整流变压器 、整流机组、直流电缆。直 图6.1 牵引变电所稳 态等值电路图 流侧牵引网端口牵引变电所 的稳态等值电路如图6.1所示， U 为牵引变电所直流母线空载电压，牵引变电所 的等值内阻 Req 实质上就是外特性的斜率，因此与 整流机组参数有关，并且在不同点短路，短路电 流就不同，等值内阻也不同。
c c1 c2
Rc1Rc2 Rq3 Rc Rc1 Rc2 。
Rc Rc1 Rc2
轨道交通牵引供变电技术
节点电压法求解图6.5（b）的等效电路，可以得到 短路点总的短路电流 I k和两牵引变电所供给的短路 电流 I eq1和 I eq 2 ：
城市轨道交通牵引供电直流系统的运行和常见故障分析
表， 显示直流输出电压。还装有７个指示灯， 分别显示整流器 羞
的 各 种故 障 时 的报 警 和 跳 闸信 号 （ 如 图 ２所 示 ） 。 舌
合 上 辅 助 电 源 的 断路 器 ， 关上整流柜前后 门， 交 流 开 关合
￡ ０ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ Ｏ Ｎ Ｏ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ４ ／ ５
交通环保
城市轨道交通牵引供 电直流 系统 的 运行和常见故障分析
李玉萍（ 中 铁七局集团电 务工程 有限 公司， 河南 省 郑州市４ ５ ０ ０ ０ ８ ）
【 摘 要 】 随着我 国城市化水平 的不断完 善， 城市交通成为城市化进程中的一个重要 问题。牵 引供 电系统是城市轨 道交通的最 重要子 系统之
几 种 典 型 直流 故 障。
【 关键词 】 城市轨道交通 ； 牵 引供 电系统 ； 直流系统 ； 故 障分析 【 中图分类号】 Ｔ Ｍ ９ ２ ２ ． ３ 【 文献标识码 ｌ Ｂ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ４ ） １ ０ — ０ ２ ４ ３ — ０ ３
温保 护 。
柜、 直 流 电缆 等组 成 。
交流 侧 浪 涌过 电 压 保 护 采 用 Ｒ Ｃ过 电压 保 护 。其 中有 两
组Ｒ Ｃ保 护 电路 ， 每 组 以星 形 连 接 其 中心 点 悬 空不 接 地 。交流
１ ． １ 整 流变 压器
联 运 行 的 两 台 整 流 变压 器 一 次侧 绕组 分 别 移 相＋ ７ ． ５ 。 和一 ７ ５ 。 ，
引 言
牵 引供 电 系统 由主 变 电 所 、 环 网 系统 、 牵 引 变 电 系统 、 电 力监 控 系统 、 接 触 网 系统 、 杂散 电 流 防护 和接 地 系统 等 组 成 。
直流牵引供电系统短路试验分析
直流牵引供电系统短路试验分析金雪丰;陈裕楠;童翔【摘要】直流牵引供电系统的短路试验是验证直流牵引供电系统各设备在系统现场短路时动作的正确性和可靠性的重要环节.以武汉轨道交通4号线二期工程现场直流牵引供电系统短路试验为例,介绍短路试验的前提条件、试验程序和试验方法.试验前,人为设定一个短路点,检查断路器等保护元器件是否正常,连接好数据采集系统以采集短路时的电流、电压等波形,用Matlab软件搭建短路时的电路模型,对预期短路电流进行仿真计算;试验后,对短路试验的实际数据与仿真数据进行分析,得出开关保护动作正常可靠,并计算出实际的分断电流大小为8.15 kA,为直流牵引供电系统短路试验的进一步研究提供参考.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】4页(P103-105,109)【关键词】牵引供电;短路试验;断路器;综合保护【作者】金雪丰;陈裕楠;童翔【作者单位】中船重工第712研究所武汉430064;中船重工第712研究所武汉430064;中船重工第712研究所武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U231.8可靠、稳定的直流牵引供电系统是城市轨道交通列车安全、高效运行的重要保障，意义重大，不容忽视。
因此，列车试运行之前对直流牵引供电系统进行实际短路试验显得尤为重要。
该试验的目的是测试牵引供电系统各设备在系统现场短路时动作的正确性、选择性和可靠性，验证直流断路器的快速分断能力。
通过该短路试验，检查牵引供电系统各设备之间的配合能力是否安全可靠，检验各设备的整定值、动作时间等各项技术参数是否正确，是否符合现场运行技术要求。
通过分析试验数据，判断综合保护和断路器谁先启动保护，以便更精确地对直流牵引供电系统各设备参数进行调整，更好地保护系统和设备，保证直流牵引供电系统安全、可靠、稳定运行。
直流牵引供电系统经过系统联调试验，直接短路脱扣整定值为8 kA，微机综合保护装置整定值设定为50 kA/s，交流侧保护开关与直流侧保护开关应具有选择性。
城市轨道交通牵引供电直流系统的运行和常见故障分析
城市轨道交通牵引供电直流系统的运行和常见故障分析摘要：新时期发展背景下，城市经济明显的好转，城市轨道交通事业也有了进一步的发展，新型轨道交通工具得到了广泛的应用，为城市居民的出行提供了便利。
但是，纵观我国城市轨道交通事业的发展现状，由于在牵引供电直流系统方面的研究和开发起步较晚，这就导致城市轨道交通牵引供电直流系统的运行存在着一定的故障，影响城市轨道交通的正常运营。
对此，文章之中分析了城市轨道交通牵引供电直流系统的运行和常见故障，提出几点解决措施。
关键词：城市轨道交通；牵引供电；直流系统；运行故障目前，城市化建设水平的提升，推动了城市交通事业的发展，轨道交通的建设已经成为衡量城市化建设水平的重要指标之一。
轨道交通工具有着准时、环保、节能等诸多优势，成为了城市缓解交通压力的重要措施。
但是，城市轨道交通工具使用的时候存在着一定的问题，主要是因为牵引供电系统所引起的，维持牵引供电系统的正常运行，方可维持城市轨道交通的正常运营。
所以，当前必须研究城市轨道交通牵引供电直流系统的运行与常见故障，探索解决措施，才能够推进城市轨道交通事业的发展。
一、城市轨道交通牵引供电直流系统的运行和常见故障分析（一）交直流系统参数不稳定引发的运行故障就城市轨道交通来看，在其直流牵引系统之中，主要涉及到的就是直流的变换过程，这个过程中，交直流系统参数的变化，会对直流牵引网故障稳态过程带来很大的影响。
在直流的变换过程中，如果直流系统运行参数缺少稳定性，既会对直流牵引网的安全运行带来不利的影响，还会在一定程度上增加运行故障的发生几率，降低系统的运行效率。
另外，交直流系统参数不稳定的话，还会在一定程度上增加直流牵引系统当中的交流电阻和电感之比，此时短路电流的幅值会提升，必然会对轨道交通直流牵引系统的安全运行带来消极的影响。
（二）轨道暂态电气参数引发的故障就城市轨道交通牵引供电直流系统用来看，一旦直流参数发生变化，必然会对比系统自身的故障暂态过程产生消极的影响。
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一、牵引变电所等值内阻的电路图法[6]
牵引变电所内阻包括以下四 个部分的设备的阻抗：交流 中压电缆、牵引整流变压器 、整流机组、直流电缆。直 图6.1 牵引变电所稳 态等值电路图 流侧牵引网端口牵引变电所 的稳态等值电路如图6.1所示， U 为牵引变电所直流母线空载电压，牵引变电所 的等值内阻 Req 实质上就是外特性的斜率，因此与 整流机组参数有关，并且在不同点短路，短路电 流就不同，等值内阻也不同。
轨道交通牵引供变电技术
城市轨道交通直流牵引供电系统是由多个牵 引变电所与牵引网共同构成的一个多电源网络，接 触网发生短路时，全线的牵引变电所都向短路点供 电，并且根据运营需要，每个供电分区都可以进行 单边供电、双边供电或大双边供电。
轨道交通牵引供变电技术
城轨交通直流牵引网短路电流的计算和 电力系统与交流供电网阻抗参数、牵引变电 所分布、牵引整流变压器参数、整流机组参 数与外特性以及供电方式、牵引网阻抗（电 阻）等有关。此时，短路电流剧增，整流变 压器二次侧和整流器处于多相短路的非正常 换相状态，精确计算直流系统短路电流值非 常困难。工程上常采用经验公式或仿真、实 测等方法进行直流牵引供电系统短路电流计 算。
第六章 城市轨道交通直流牵引 供电系统短路故障分析和常态运 行下的杂散电流
第一节 直流牵引供电系统短路故障分 析方法
轨道交通牵引供变电技术
第一节 直流牵引供电系统短路故障分析方法
在短路情况下，比正常工作电流大得多的故 障电流通过母线和电气设备，将造成严重发热； 同时由于电磁作用，带电导体之间产生很大电动 力，使设备与母线承受巨大的机械应力；短路功 率的增大将使断路器等断流设备在断开故障电路 时造成困难，必须进一步认识、掌握这些规律。 造成直流牵引供电系统短路故障的原因可以 归纳为正极对负极短路故障和正极对大地短路故 障两大类。
U d0 U d0 Req1 Rc2 Req2 Rr2 1 U d0 1 1 1 Req2 Rc2 Rr2 R R R R R R eq1 c1 r1 c2 eq2 r2
轨道交通牵引供变电技术
根据北京地铁现场短路试验的总结，短路点与 变电所的距离不同取不同的内阻系数 k r 。一般来 说，短路点远离变电所时（短路点距变电所＞ 400m时）， k r 可取1；出口短路时，k r 可取1.3。
轨道交通牵引供变电技术
牵引变电所等值内阻的电路图法计算直流牵引 供电系统的短路电流，有以下假设条件：直流牵引 网短路的供电网络中，各牵引变电所为电压源，其 电压均为直流母线空载电压 U d0 ，大小相同；牵 引变电所的等值内阻 Req因到短路点的距离不同而 不同，可根据经验取值。然后，按照直流牵引供电 系统短路时的实际网络画出等效电路图，供电网络 中只包含电阻，利用电路的基本定律和网络变换， 可以计算出稳态短路电流。不同的供电方式下直流 短路电流计算方法如下：
轨道交通牵引供变电技术
正极对负极短路故障多数是由于架空接触网 对钢轨短路所引起的，如接触网断线掉落到钢轨 上、机车顶部对接触网放电、错误挂接地线等， 造成直流正极对负极瞬时短路，短路电流可达几 万安；正极对大地短路故障有老鼠等小动物或小 金属线头、螺丝、垫圈等零件进入带电回路，造 成直流正极与框架短路，或是接触网、馈线、变 电所馈线电缆接地，绝缘子击穿、折断，隔离开 关处于接地状态、引线脱落等。正极接地故障多 为持续性短路故障，如不及时清除，容易将故障 扩大为直流正极通过综合接地装置、钢轨与地之 间的泄漏电阻到达负极的短路事故，将对多处直 流设备将造成严重烧损，破坏性及危害大。
d0
轨道交通牵引供变电技术
根据北京城建设计研究院地铁短路试验的总结， 可得计算牵引变电所的等值内阻的经验简化公式， 计算精度满足工程要求。其计算式如下：
Uk % U Req kr 100 0.9nS N
2 2N
() （ 6.1）
式中 U 2 N ——直流侧额定电压（kV）； ——牵引变压器短路电压百分值； Uk % S N ——牵引变压器额定容量（MVA）； n ——牵引整流机组套数； k r ——内阻系数，根据短路点至变电所的 不同距离，可取不同值； 0.9 ——牵引变压器与整流器的匹配系数， 按0.9考虑。
轨道交通牵引供变电技术
1. 一座牵引变电所单边供电 不考虑相邻牵引变电所的影响时，等效电路如图6.2 所示。短路电流计算式为
Ik U d0 Req Rc Rr
(A)
（6.2）
式中 U d0 ——牵引变电所直流母线空载电压（V）； ）； Req——牵引变电所等值内阻（ ）； Rc ——接触网电阻（ ） R ——走行轨电阻（上、下行并联）（
r
轨道交通牵引供变电技术
考虑相邻一座牵引变电所的影响时，认为各牵 引变电所的直流母线空载电压 U d0 相等，等效电路 如图6.3所示。 采用节点电压法求解电路，可得出短路点总电 流 I k 和两个牵引变电所供给的短路电流 I eq1 和 I eq 2 ： U U
Rc2 Req2 Rr 2 1 Ik （A）（6.3） 1 1 1 R R c1 r1 Req1 Rc1 Rr1 Rc2 Req2 Rr 2 Req1
d0
d0
轨道交通牵引供变电技术
图6.2 牵引变电所单边供电直流短路等效 示意图（不考虑相邻牵引变电所的影响）
图6.3 牵引变电所单边供电直流短路等效 示意图（考虑相邻一座牵引变电所的影响）
轨道交通牵引供变电技术
各变电所短路电流：
U d0 U d0 Req1 Rc2 Req2 Rr 2 1 I eq1 U d0 （A）(6.3a) 1 1 R 1 eq1 R eq1 Rc1 Rr1 Rc2 Req2 Rr 2