轨道交通牵引供变电技术第2章第3节 断路器开断短路电流的工作状态及暂态分析
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轨道交通牵引供变电技术总结
在主接线图上，各种设备以规定的文字符号、图 形和设备之间的连线来表示，并标明各主要设备的 规格、数量和型号。
对于配电装置应满足的基本要求：符合国家基本 建设的有关政策法规；安全性；便于维护；节省投 资；有扩充的余地。
电气接线图
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章 高压配电设置
配电装置，就是对按照主接线的要 求，把各种功能的设备连接组成电能分 配功能电路的称呼。
第二章 高压电器与开关设备
❖ 变电所主要设备和系统（组成、作用、功能） 1、组成
变压器 导线 开关设备 测量和计量仪表 保护装置 自动装置 互感器 直流和交流电源系统 2、功能：电能变换和分配 3、作用：把电能转换成机械能的转换机构，保护装 置自动保护电路（例如过流，过载，电弧等）。
第三章 牵引供变电电气主设备原理
自己的表现
上课的话我都到了，只是有一次是老师你第一次 布置课堂作业的时候没来的及写，就没交了，我表 示抱歉，平时上课的时候我都认真听了啊，练习也 按时写了交了，现在要期末了也开始复习了，上次 出的题目蛮好的，可以多看书，不过希望老师把作 业本发下来这样就更好复习和考试了。
需要重点考虑的一点就是带电设备的最小安全距离
第六章 供变电系统控制、信号、检测
电路和操作电源
变电所中有一次设备，也有二次设备，二次系统 与一次系统相比，具有设备量多、接线复杂的特点。 对于变电所，二次设备主要包括：控制部分、信号 部分、测量部分、保护部分。 ❖ 1.控制方式和二次接线 ❖ 2.高压开关的控制、信号回路 ❖ 3.中央信号系统 ❖ 4.测量系统与绝缘监测电路 ❖ 5.交直流自用电系统与操作电源
第七章 牵引变电所自动化系统
变电所自动化系统是将变电所的二次设备（包括测量仪表、 信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的 组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技 术和信号处理技术，实现对全所设备的自动监视、自动测量、 自动控制和保护、以及和调度通信等综合性的自动化功能。 ❖ 1、变电所自动化系统构成及功能 ❖ 2、通信网络及通信协议 ❖ 3、间隔层 ❖ 4、站空层 ❖ 5、牵引变电所自动化新技术
对于配电装置应满足的基本要求：符合国家基本 建设的有关政策法规；安全性；便于维护；节省投 资；有扩充的余地。
电气接线图
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章 高压配电设置
配电装置，就是对按照主接线的要 求，把各种功能的设备连接组成电能分 配功能电路的称呼。
第二章 高压电器与开关设备
❖ 变电所主要设备和系统（组成、作用、功能） 1、组成
变压器 导线 开关设备 测量和计量仪表 保护装置 自动装置 互感器 直流和交流电源系统 2、功能：电能变换和分配 3、作用：把电能转换成机械能的转换机构，保护装 置自动保护电路（例如过流，过载，电弧等）。
第三章 牵引供变电电气主设备原理
自己的表现
上课的话我都到了，只是有一次是老师你第一次 布置课堂作业的时候没来的及写，就没交了，我表 示抱歉，平时上课的时候我都认真听了啊，练习也 按时写了交了，现在要期末了也开始复习了，上次 出的题目蛮好的，可以多看书，不过希望老师把作 业本发下来这样就更好复习和考试了。
需要重点考虑的一点就是带电设备的最小安全距离
第六章 供变电系统控制、信号、检测
电路和操作电源
变电所中有一次设备，也有二次设备，二次系统 与一次系统相比，具有设备量多、接线复杂的特点。 对于变电所，二次设备主要包括：控制部分、信号 部分、测量部分、保护部分。 ❖ 1.控制方式和二次接线 ❖ 2.高压开关的控制、信号回路 ❖ 3.中央信号系统 ❖ 4.测量系统与绝缘监测电路 ❖ 5.交直流自用电系统与操作电源
第七章 牵引变电所自动化系统
变电所自动化系统是将变电所的二次设备（包括测量仪表、 信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的 组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技 术和信号处理技术，实现对全所设备的自动监视、自动测量、 自动控制和保护、以及和调度通信等综合性的自动化功能。 ❖ 1、变电所自动化系统构成及功能 ❖ 2、通信网络及通信协议 ❖ 3、间隔层 ❖ 4、站空层 ❖ 5、牵引变电所自动化新技术
牵引变电所2(断路器的运行与维护)
（2）SF6气体的灭弧特性
SF6分子中完全没有碳元素。 SF6气体中没有空气，可以避免触头氧化，大大延长了触头的电寿命。 SF6在电弧作用下所形成的全部化学杂质在电弧熄灭后极短的时间内又能重新合成，这样既可消除 对人体的危害，又可保证处于封闭中的SF6气体的纯度和灭弧能力。 SF6气体是一种最好的电负性气体，能很快地吸附自由电子而结合成带负电的离子，又容易与正离 子复合成中性粒子，去游离能力强。 SF6气体的分解温度比空气的分解温度低，而所需要的分解能高。因此，SF6气体分子分解时吸 收的能量多，对弧柱的冷却作用强。 SF6气体中电弧的熄灭原理主要是利用SF6气体特异的热化学性能和强电负性等特性，因而使SF6气 体具有强的灭弧能力。
弹簧储能操动机构的额定操作顺序为：
弹簧储能操动机构的结构特点是： 1) 所需电源容量小。
2）暂时失去电源也能操作。
3）交直流电源均可使用。 4）具有成套性强，不需要配置其他附属设备。 5）不受环境温度影响，性能稳定，运行可靠。 6）没有油等污染问题，环保防火。 7）对弹簧材料、结构、工艺要求高。 8）合闸操作中，机构输出特性与断路器输出特性配合较差。 9）结构较复杂，检测难度大。
对于三相电路有： S NK 3U N I NK
（6）热稳定电流。热稳定电流是指高压断路器在规定时间内（国标为4s）所允许通 过的最大电流。 （7）分闸时间。分闸时间是指在额定操作电压或压力下，从断路器接到分闸命令瞬 间起到各相触头电弧完全熄灭为止的时间间隔。 （8）合闸时间。合闸时间是指在额定电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至 各相触头刚接触瞬间为止的时间间隔。 （9）自动重合闸无电流间隔时间。自动重合闸无电流间隔时间是指断路器第一次分 闸、三相电弧完全熄灭起，至重合闸成功线路重新出现电流为止的时间间隔。 （10）重合闸操作循环。
《城市轨道交通供电技术》课后习题答案
向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。
7、中压网络有哪些电压等级？ 35， 20,10,6,3KV
8、中压网络有哪些结构形式？ （ 1）树形（针对集中式供电） （ 2）点对点式（针对分散式供电）
第三章
1、城轨交通牵引变电所的类型有哪些？ （ 1）户内式变电所（适宜地下路线） （ 2）户外式箱式变电所（适宜地面路线）
6、变电所的二次回路由哪些部件组成？ 电流互感器，电压互感器，测量仪表，继电保护装置，蓄电池等
7、试描述变电所内灯光监视的断路器与隔离开关控制信号回路的动作过程。 断路器动作过程： 隔离开关动作过程：
第五章
1、接触网的主要形式由哪些？
2、牵引网由哪些部分组成？ 包括接触网、钢轨、回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线。
6、接触悬挂有哪些类型？包括哪几部分？ 简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。
包括接触线、承力索、吊弦、补偿装置、悬挂零件及中心锚结等元件
7、定位装置的作用是什么？
把接触线进行横向定位， 使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内， 保证良好受流， 并承担接触线的水平负荷，将其传递给腕臂。
8、补偿装置的作用是什么？ 补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。
由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能的电路的电路的电路桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故无母线无母线无母线障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式和外桥相反和外桥相反和外桥相反不分段不分段不分段分段分段分段母线母线母线单母线单母线单母线带旁母分段带旁母分段带旁母分段不分段不分段不分段双母线双母线双母线分段分段分段图见书p83p83p83的作用是将城市电网的高压的作用是将城市电网的高压的作用是将城市电网的高压110110110kvkvkv或220220220kvkvkv电能降压后以相应的电压等电能降压后以相应的电压等电能降压后以相应的电压等级35kv35kv35kv或lokvlokvlokv分别供给牵引变电所和降压变电所
7、中压网络有哪些电压等级？ 35， 20,10,6,3KV
8、中压网络有哪些结构形式？ （ 1）树形（针对集中式供电） （ 2）点对点式（针对分散式供电）
第三章
1、城轨交通牵引变电所的类型有哪些？ （ 1）户内式变电所（适宜地下路线） （ 2）户外式箱式变电所（适宜地面路线）
6、变电所的二次回路由哪些部件组成？ 电流互感器，电压互感器，测量仪表，继电保护装置，蓄电池等
7、试描述变电所内灯光监视的断路器与隔离开关控制信号回路的动作过程。 断路器动作过程： 隔离开关动作过程：
第五章
1、接触网的主要形式由哪些？
2、牵引网由哪些部分组成？ 包括接触网、钢轨、回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线。
6、接触悬挂有哪些类型？包括哪几部分？ 简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。
包括接触线、承力索、吊弦、补偿装置、悬挂零件及中心锚结等元件
7、定位装置的作用是什么？
把接触线进行横向定位， 使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内， 保证良好受流， 并承担接触线的水平负荷，将其传递给腕臂。
8、补偿装置的作用是什么？ 补偿线索内的张力变化，使张力保持恒定。
由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能由变压器断路器开关设备母线等及其连接的导线所组成的接受和分配的电能的电路的电路的电路桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故桥臂至于断路器内适用于输电线路较长线路故障故无母线无母线无母线障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式障率高穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式和外桥相反和外桥相反和外桥相反不分段不分段不分段分段分段分段母线母线母线单母线单母线单母线带旁母分段带旁母分段带旁母分段不分段不分段不分段双母线双母线双母线分段分段分段图见书p83p83p83的作用是将城市电网的高压的作用是将城市电网的高压的作用是将城市电网的高压110110110kvkvkv或220220220kvkvkv电能降压后以相应的电压等电能降压后以相应的电压等电能降压后以相应的电压等级35kv35kv35kv或lokvlokvlokv分别供给牵引变电所和降压变电所
电气化铁路牵引供变电技术—第二章—高压开关电器
第二章 高压开关电器
（2）影响去游离的因素 ①电弧的温度：以减弱热游离，减少新的带电质点的产生。 ②介质的特性：电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上
决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热 容量、热游离温度、介电强度等。
③触头材料：当触头材料采用熔点高、导热能力强和热容 量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸 汽，有利于电弧熄灭。
第二章 高压开关电器
第二节 SF6断路器
一、 SF6气体的特性
1、 SF6气体的优良特性 ① SF6气体的电子具有共价键结构，如图2-6所示。 ② SF6气体为无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合 物。 ③ SF6气体化学性质非常稳定，即不易与其它物质发生化学反应。 ④ SF6气体热稳定性好，灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍。 ⑤ SF6气体是无毒的，但在电弧作用下可
能分解出不同程度的 毒性气体。
第二章 高压开关电器
2、 SF6气体的危害及其对策 ① 高温电弧分解产物和其本身与接触介质发生化学反应生成物有毒 性； ② 六氟化硫是一种温室气体对环境有危害的。 在制造、运用和检修SF6断路器时应注意： ①必须严格控制SF6气体中的水分； ②排放废气和拆开断路器灭弧装置时应戴好防毒面具，防护手套，尽 量不漏皮肤； ③排放废气时应通过过滤罐，过滤有毒粉尘到大气中； ④断路器部件的拆装、检修一般在干燥、清洁的室内进行； ⑤拆卸处理部件应马上用塑料布包好并系紧。
开关等开关电器； ⑵ 仅开断过负荷电流或短路电流：熔断器； ⑶ 不允许用其开断或闭合电流：高压隔离开关，只用来检修时隔
离电源（注意区别高压负荷隔离开关）；自动分段器，用来在预定的 记忆时间内根据选定的计数次数，在无电流的瞬间自动分段故障线路 ；
牵引变电所常见故障判断方法及应急处理方案6页word
牵引变电所常见故障判断方法及应急处理方案---陕西中北专修学院铁供专业（牵引变电所）乐建朝教案牵引变电所是牵引供电系统的可靠动力，牵引变电所一旦发生故障，迫使行车中断或运输能力下降，直接影响着运输生产，为了在发生事故后能尽快处理，恢复送电。
根据兄弟站段二十多年的运行经验，结合西宝线特点，现写出变电所各类故障判断和应急处理方案。
望各同仁结合现场实际情况，比照执行。
如有不妥请指正。
一、处理故障的原则1、变电所发生故障时，首先要解除音响信号，确认贵、故障性质，能解出的灯光信号应及时复归（如闪光信号），在发生重大事故时要及时切除事故处两侧的电源，尽量限制事故范围扩大同时应消除事故可能危及人身及设备产生的威胁。
故障处理及事故抢修，要遵循“先通后复”的原则。
有备用设备，首先考虑先投备用，采用简便、易行、正确、可行的方案，沉着、冷静、迅速、果断地进行处理和事故抢修，以最快的速度及时向电力调度和段生产指挥中心汇报，再电调的统一指挥下，设法先行送电恢复正常运行状态。
2、故障处理及事故抢修，由当班值班员或所长任事故抢修总指挥，其余人员则任组员，服从指挥。
指挥长在处理事故前应简要向组员说明抢修方案，其余人员有不同见解，可当场提出，指挥长可适当考虑。
二、故障判断的一般方法步骤1、一般方法：XX、XX等线主要开关投撤为远动操作，且主变电器、主断路器馈线开关为100%备用。
因此，要求各变电所值班人员根据指示仪表、灯光显示、事故报告单，以及设备巡视、外观等情况，综合分析判断。
2、一般步骤⑴、根据断路器的位置指示灯，确定是哪台断路器跳闸。
⑵、根据继电保护装置动作指示灯显示，或信号继电器的掉牌及事故报告单确定是哪个设备的哪套保护动作。
⑶、根据事故报告单及继电保护范围，推判出故障范围，明确是所内故障，还是所外故障。
⑷、结合设备外观检查情况，确定故障设备是否需要退出，否则投入备用设备。
三、常见故障的应急处理方案1、馈线自动跳闸、且重合成功如果变电所某馈线开关跳闸且重合成功时，可按以下顺序进行：1.1 确认跳闸断路器及各种信号。
牵引变电所2(断路器的运行与维护)
学习子情境2
高压断路器的运行与维护
主要内容
一. 断路器的基本知识
二. 常用断路器认识 三. 断路器的运行与维护
四. 高压断路器的操作
一、断路器的基本知识
断路器又叫高压开关，是指额定电压在1kV 以上，主要用于开断和关合导电回路的电 器。
3 1
断路器的作用及组成
（一）断路器的作用
在系统正常运行时，切断和接通线路及各种电气设备空载或负载电流；当系统 发生故障时，在继电保护装臵的配合下，迅速切除故障电流；与自动装臵配合，能完 成自动重合闸任务，提高供电可靠性。
闸线圈、合闸线圈、合闸接触器、辅助开关等；机械部分主要包括分、合闸保持机构和传 动机构，如分闸弹簧、各种拐臂、连杆和转轴等 。
主要组成：电磁操动机构主要由电气部分和机械部分组成。电气部分主要包括分
结构特点：
1) 结构简单，工作可靠，制造成本低。 2）合闸线圈消耗的功率太大。 3）体积笨重，合闸时间长。 4）仅适用于10kV及35kV断路器。
（2）弹簧储能操动机构
工作原பைடு நூலகம்：利用电动机对合闸弹簧储能，并由合闸挈子保持。当断路器合闸时，利用
合闸弹簧释放的能量操作断路器合闸，与此同时对分闸弹簧储能，并由分闸挈子保持，断
（2）SF6气体的灭弧特性
SF6分子中完全没有碳元素。 SF6气体中没有空气，可以避免触头氧化，大大延长了触头的电寿命。 SF6在电弧作用下所形成的全部化学杂质在电弧熄灭后极短的时间内又能重新合成，这样既可消除 对人体的危害，又可保证处于封闭中的SF6气体的纯度和灭弧能力。 SF6气体是一种最好的电负性气体，能很快地吸附自由电子而结合成带负电的离子，又容易与正离 子复合成中性粒子，去游离能力强。 SF6气体的分解温度比空气的分解温度低，而所需要的分解能高。因此，SF6气体分子分解时吸 收的能量多，对弧柱的冷却作用强。 SF6气体中电弧的熄灭原理主要是利用SF6气体特异的热化学性能和强电负性等特性，因而使SF6气 体具有强的灭弧能力。
高压断路器的运行与维护
主要内容
一. 断路器的基本知识
二. 常用断路器认识 三. 断路器的运行与维护
四. 高压断路器的操作
一、断路器的基本知识
断路器又叫高压开关，是指额定电压在1kV 以上，主要用于开断和关合导电回路的电 器。
3 1
断路器的作用及组成
（一）断路器的作用
在系统正常运行时，切断和接通线路及各种电气设备空载或负载电流；当系统 发生故障时，在继电保护装臵的配合下，迅速切除故障电流；与自动装臵配合，能完 成自动重合闸任务，提高供电可靠性。
闸线圈、合闸线圈、合闸接触器、辅助开关等；机械部分主要包括分、合闸保持机构和传 动机构，如分闸弹簧、各种拐臂、连杆和转轴等 。
主要组成：电磁操动机构主要由电气部分和机械部分组成。电气部分主要包括分
结构特点：
1) 结构简单，工作可靠，制造成本低。 2）合闸线圈消耗的功率太大。 3）体积笨重，合闸时间长。 4）仅适用于10kV及35kV断路器。
（2）弹簧储能操动机构
工作原பைடு நூலகம்：利用电动机对合闸弹簧储能，并由合闸挈子保持。当断路器合闸时，利用
合闸弹簧释放的能量操作断路器合闸，与此同时对分闸弹簧储能，并由分闸挈子保持，断
（2）SF6气体的灭弧特性
SF6分子中完全没有碳元素。 SF6气体中没有空气，可以避免触头氧化，大大延长了触头的电寿命。 SF6在电弧作用下所形成的全部化学杂质在电弧熄灭后极短的时间内又能重新合成，这样既可消除 对人体的危害，又可保证处于封闭中的SF6气体的纯度和灭弧能力。 SF6气体是一种最好的电负性气体，能很快地吸附自由电子而结合成带负电的离子，又容易与正离 子复合成中性粒子，去游离能力强。 SF6气体的分解温度比空气的分解温度低，而所需要的分解能高。因此，SF6气体分子分解时吸 收的能量多，对弧柱的冷却作用强。 SF6气体中电弧的熄灭原理主要是利用SF6气体特异的热化学性能和强电负性等特性，因而使SF6气 体具有强的灭弧能力。
城市轨道交通供电与牵引系统教学ppt
信息共享与实时监测
供电与牵引系统需要建立信息共享和实时监测机制，以便及时发现 和解决系统故障，确保列车安全可靠地运行。
应急演练与预案制定
供电与牵引系统需要进行应急演练和预案制定，以提高应对突发事 件的能力，确保城市轨道交通的安全运营。
04
城市轨道交通供电与牵引 系统的维护与保养
日常维护与保养
01
智能化与自动化技术的应用
智能化调度系统
通过建立智能化调度系统，实现对城市轨道交通供电与牵 引系统的实时监测和智能调度，提高系统的运行效率和安 全性。
自动化监控与维护系统
建立自动化监控和维护系统，实现对城市轨道交通供电与 牵引系统的远程监控和维护，减少人工干预和故障发生率。
自动化检修与维护
采用自动化检修和维护技术，提高城市轨道交通供电与牵 引系统的维护效率和准确性，降低维护成本。
防寒防潮处理
在冬季或潮湿环境下，采取相应的防寒防潮措施， 保证设备正常运行，防止因环境因素引起的故障。
3
更新改造
根据设备的使用情况和性能要求，对供电与牵引 系统进行更新改造，提高设备的性能和稳定性。
05
城市轨道交通供电与牵引 系统的安全与可靠性
安全防护措施
设备安全防护
01
确保牵引供电设备、高压电缆、变电所等关键设施的安全防护
电压与电流控制
供电系统需要根据牵引系统的需 求，提供适当的电压和电流，以 满足列车牵引和辅助用电的需求。
故障情况下的应对
措施
供电系统在故障情况下需要采取 相应的应急措施，如切换到备用 电源或进行紧急供电，以确保列 车安全停运。
牵引系统对供电系统的需求
大容量、高可靠性
牵引系统需要供电系统提供大容量、高可靠 性的电能，以满足列车高峰时段和突发大客 流时的用电需求。
供电与牵引系统需要建立信息共享和实时监测机制，以便及时发现 和解决系统故障，确保列车安全可靠地运行。
应急演练与预案制定
供电与牵引系统需要进行应急演练和预案制定，以提高应对突发事 件的能力，确保城市轨道交通的安全运营。
04
城市轨道交通供电与牵引 系统的维护与保养
日常维护与保养
01
智能化与自动化技术的应用
智能化调度系统
通过建立智能化调度系统，实现对城市轨道交通供电与牵 引系统的实时监测和智能调度，提高系统的运行效率和安 全性。
自动化监控与维护系统
建立自动化监控和维护系统，实现对城市轨道交通供电与 牵引系统的远程监控和维护，减少人工干预和故障发生率。
自动化检修与维护
采用自动化检修和维护技术，提高城市轨道交通供电与牵 引系统的维护效率和准确性，降低维护成本。
防寒防潮处理
在冬季或潮湿环境下，采取相应的防寒防潮措施， 保证设备正常运行，防止因环境因素引起的故障。
3
更新改造
根据设备的使用情况和性能要求，对供电与牵引 系统进行更新改造，提高设备的性能和稳定性。
05
城市轨道交通供电与牵引 系统的安全与可靠性
安全防护措施
设备安全防护
01
确保牵引供电设备、高压电缆、变电所等关键设施的安全防护
电压与电流控制
供电系统需要根据牵引系统的需 求，提供适当的电压和电流，以 满足列车牵引和辅助用电的需求。
故障情况下的应对
措施
供电系统在故障情况下需要采取 相应的应急措施，如切换到备用 电源或进行紧急供电，以确保列 车安全停运。
牵引系统对供电系统的需求
大容量、高可靠性
牵引系统需要供电系统提供大容量、高可靠 性的电能，以满足列车高峰时段和突发大客 流时的用电需求。
地铁牵引供电系统直流短路简化计算与分析
地铁牵引供电系统直流短路简化计算与分析发表时间：2020-07-03T02:53:35.444Z 来源：《建筑细部》2020年第5期作者：周源[导读] 需要对牵引供电的模型进行简化，在满足设计整定计算和设备选型的前提下，又能减少计算量。
佛山轨道交通设计研究院有限公司 528000摘要：牵引供电系统直流短路计算是地铁供电系统直流设备选型及继电保护整定重要依据。
本文对地铁牵引供电系统的组成进行了分析，研究牵引供电网络简化模型的建立，重点对供电系统直流母线短路、接触网对钢轨短路、接触网对屏蔽门短路等故障类型进行分析论述，校核OVPD、排流柜、单向导通装置等相关设备短路电流耐受能力。
关键词：地铁；牵引供电；直流短路；计算模型1概述地铁牵引供电系统是列车安全稳定运行的核心，系统由牵引变电所、接触网及回流轨三大部分组成。
牵引供电系统一般采用直流1500V 或750V供电，牵引变电所设置正、负极母线，正极母线与接触网连接，向列车授流，而钢轨作为回流轨与变电所负极柜连接，形成电气闭环。
直流系统供电电压相对交流系统要低得多，因此，发生短路时，短路电流较大，这对断路器开断能力和设备耐受能力要求更高。
直流短路的电气参数也与交流系统不同，电气模型复杂，准确的计算过程繁琐。
因此，需要对牵引供电的模型进行简化，在满足设计整定计算和设备选型的前提下，又能减少计算量。
2牵引供电系统的构成地铁牵引供电系统主要设备包括牵引变压器、整流器、直流断路器、隔离开关、直流电缆、钢轨电位限制装置、排流柜、回流轨等，在停车场还设置有单向导通装置。
牵引变电所内两套牵引整流机组接在同一段35kV母线上，牵引变电所两套牵引整流机组并联运行构成等效24 脉波整流，DC1500V 侧采用单母线接线方式。
正线牵引变电所设置 2~4 回 1500V 馈线，向上、下行接触网供电，与车辆段、停车场出入段线衔接的牵引变电所另外设置 1~2 回1500V 馈线向出、入段线接触网供电；车辆段/停车场牵引变电所直流正母线根据需要设置 4~7回 1500V 馈线，向车辆段/停车场接触网供电；系统运行方式主要分为正常及故障运行方式两种。
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ure u0 (1 cos 0t )
（2.16）
根据式（2.16），可以画出恢复电压波形图（见图 2.19，它是围绕u0的振荡电压波，振荡频率为 f 0 。 因此u0相当于恢复电压的稳态值，即相当于工频恢 1 tm 复电压。当 2 f0 时，恢复电压达最大值，等于电 流过零时电源电压的两倍。 实际电路中，恢复电压最大值urem 达不到电源电压的 两倍，一般在u0的1.3～1.6倍以下（见图2.20）。 由图2.20也可看出，恢复电压由两部分组成：瞬
为改善断路器的灭弧能力、提高开断容量、保证 电力系统供电的可靠性提供了科学依据。
（a）电阻性电路
（b）电感性电路 （感性小电流）
（c）电容性电路 （容性电流）
（d）系统短路时的电路 （感性大电流）
图2.15 电力系统中各种性质的电路
1. 弧隙电压的恢复过程 现以图2.15（d）断路器开断单相接地故障 为例，说明弧隙电压的恢复过程。图2.15（d） 的等值电路如图2.16所示。
图2.17 短路电流ik1、电压u的波形图
轨道交通牵引供变电技术
在t1时，断路器触头分断而发生电弧，断口两 端电压为uarc。t2时电流过零，电弧熄灭，电压 恢复过程开始，电源电压u逐渐加到断路器两端。 电源侧对地电容C恰好与断路器断口并联，如图 2.16所示。因此断路器QF断口电压恢复过程，就 是交流电压u通过R、L对电容C充电的过程。 从熄弧角度看，电弧是否重燃，主要决定于 电流过零后很短时间内的电压恢复过程。在这段 时间内，电源电压变动很小，因此在分析电压恢 复过程时，可以近似地把交流电源简化为直流电 源，其电压取值为交流恢复电压u0。于是，断路 器QF电压的恢复过程，相当于电压为u0的直流
轨道交通牵引供变电技术
图2.15（d）中，L和R为 电源电感和电阻；QF为 断路器；Zf为负荷阻抗。 当在断路器出口发生单相 短路时，Zf被短接，断路 器中通过单相短路电流 ik1， 其波形如图2.17所示，其 中u为电源电压。
图2.18 计算电压恢复过程的电路
图2.16 图2.15（d）的等值电路
0
1 LC f0
或 （2.9） 2 2 LC 式中，u0为微分方程式（2.7）的特解，或称稳态解 ; a1 cos 0 t a2 sin 0 t 为相应的齐次方程的通解，或称暂态解； a1、a2为待定常数，由初始条件决定。 根据初始条件即电路电流过零时的状态确定a1和a2，过 程如下： （1） t 0时电容器电压uC 即为电弧电压uarc0 （参见图 2.17），即
轨道交通牵引供变电技术
态部分和工频部分。瞬态部分即瞬态恢复电压以 高频振荡形式出现，其振荡频率与电网参数有关。 在实际电路中，这个瞬态部分衰减很快，持续时 间很短。工频部分就是交流50Hz正弦电压 u s 。
图2.19 恢复电压变化波形
图2.20 实际电路中的恢复电压波形
从以上分析可知，断路器断口恢复电压的上 升速度在很大程度上影响着电弧的熄灭速度。
dt
所以 将式（2.5）代入式（2.4）得
d2uC RiC LC 2 uC u0 dt
diC d2uC C 2 dt dt
（2.5）
轨道交通牵引供变电技术
（2.6）
通常R值很小，可以忽略不计，当忽略 RiC 部分时，式 （2.6）可写为 d2uC LC 2 uC u0 （2.7） dt uC u0 a1 cos 0t a2 sin 0t（2.8） 解式得
第二章
高压电器与开关设备
第三节 断路器开断短路电流的工作状态 及暂态分析
轨道交通牵引供变电技术
第三节 断路器开断短路电流的工作状态及暂 态分析
断路器要能闭合和开断各种性质的电路。以 单相电路为模型，电力系统中常遇到的电路有如 下几种：图2.15（a）为电阻性电路，图2.15（b ）为电感性电路（感性小电流），图2.15（c）为 电容性电路（容性电流），图2.15（d）为系统短 路时的电路（感性大电流）。除电阻性电路外， 开断和闭合其他性质的电路时，均将在系统中引 起暂态过程，出现异常的电压和电流，危害设备 的安全运行。因此，对断路器触头在开断电路时 的恢复电压进行暂态分析，不但可以使我们了解 在不同电路参数下触头恢复电压的建立过程，而 轨道交通牵引供变电技术 且
轨道交通牵引供变电技术
0
1
t 0，
uC uarc0
（2.10）
将式（2.10）代入式（2.8）得 uarc0 u0 a1 ； a1 (uarc0 u0 ) （2.11） （2 ） t 0 时，电流过零，由于电路中存在电感，电 流不能跳变，因此有 duC duC ； 或 （2.12） i C 0 0 iC 0 C dt dt 将式（2.8）对t微分得 duC （2.13） a sin t a cos t
轨道交通牵引供变电技术
由图2.19可知，电压恢复速度可取为1/4周期 中的平均值，表示为 dure u0 2u00 （2.17） 4 f 0u0 106
可见 0 越大，电压恢复越快；u0越大，电压 也恢复越快。电压恢复越快，则电弧燃烧的时间 就延长。为了降低 2. 断路器断口并联电阻降低恢复电压上升速度 如图2.21所示为两断口的断路器在主触头 Q1 处 Q2为辅助触头，断路器分断电 并联电阻R的情形。 路时，主触头 Q1 先打开，并联电阻接入电路，使 主触头间的电弧熄灭，然后辅助触头 Q2 接着分开，
dt
0 1 0 0 2 0
当 t 0 时，将式（2.12）代入式（2.13），得 0 a2 0 即 a2 0 （2.14）
轨道交通牵引供变电技术
故得断路器断口恢复电压为
ure uC u0 (uarco u0 ) cos 0t
（2.15）
若 uarc0 u0 时，则上式可简化为
轨道交通牵引供变电技术
电源和电感L、电阻R及电容C组成的串联电路在 突然合闸时电容C两端的电压变化过程。这样可 以用如图2.18所示的电路来分析电压恢复过程。 当t 0时，相当于开关Q突然闭合，电路中有电流iC 通过。假设断路器弧隙电阻在电流过零时为无限 大，则电路的回路方程式为 di RiC L C uC u0 （2.4） dt du 因为 iC C C
（2.16）
根据式（2.16），可以画出恢复电压波形图（见图 2.19，它是围绕u0的振荡电压波，振荡频率为 f 0 。 因此u0相当于恢复电压的稳态值，即相当于工频恢 1 tm 复电压。当 2 f0 时，恢复电压达最大值，等于电 流过零时电源电压的两倍。 实际电路中，恢复电压最大值urem 达不到电源电压的 两倍，一般在u0的1.3～1.6倍以下（见图2.20）。 由图2.20也可看出，恢复电压由两部分组成：瞬
为改善断路器的灭弧能力、提高开断容量、保证 电力系统供电的可靠性提供了科学依据。
（a）电阻性电路
（b）电感性电路 （感性小电流）
（c）电容性电路 （容性电流）
（d）系统短路时的电路 （感性大电流）
图2.15 电力系统中各种性质的电路
1. 弧隙电压的恢复过程 现以图2.15（d）断路器开断单相接地故障 为例，说明弧隙电压的恢复过程。图2.15（d） 的等值电路如图2.16所示。
图2.17 短路电流ik1、电压u的波形图
轨道交通牵引供变电技术
在t1时，断路器触头分断而发生电弧，断口两 端电压为uarc。t2时电流过零，电弧熄灭，电压 恢复过程开始，电源电压u逐渐加到断路器两端。 电源侧对地电容C恰好与断路器断口并联，如图 2.16所示。因此断路器QF断口电压恢复过程，就 是交流电压u通过R、L对电容C充电的过程。 从熄弧角度看，电弧是否重燃，主要决定于 电流过零后很短时间内的电压恢复过程。在这段 时间内，电源电压变动很小，因此在分析电压恢 复过程时，可以近似地把交流电源简化为直流电 源，其电压取值为交流恢复电压u0。于是，断路 器QF电压的恢复过程，相当于电压为u0的直流
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图2.15（d）中，L和R为 电源电感和电阻；QF为 断路器；Zf为负荷阻抗。 当在断路器出口发生单相 短路时，Zf被短接，断路 器中通过单相短路电流 ik1， 其波形如图2.17所示，其 中u为电源电压。
图2.18 计算电压恢复过程的电路
图2.16 图2.15（d）的等值电路
0
1 LC f0
或 （2.9） 2 2 LC 式中，u0为微分方程式（2.7）的特解，或称稳态解 ; a1 cos 0 t a2 sin 0 t 为相应的齐次方程的通解，或称暂态解； a1、a2为待定常数，由初始条件决定。 根据初始条件即电路电流过零时的状态确定a1和a2，过 程如下： （1） t 0时电容器电压uC 即为电弧电压uarc0 （参见图 2.17），即
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态部分和工频部分。瞬态部分即瞬态恢复电压以 高频振荡形式出现，其振荡频率与电网参数有关。 在实际电路中，这个瞬态部分衰减很快，持续时 间很短。工频部分就是交流50Hz正弦电压 u s 。
图2.19 恢复电压变化波形
图2.20 实际电路中的恢复电压波形
从以上分析可知，断路器断口恢复电压的上 升速度在很大程度上影响着电弧的熄灭速度。
dt
所以 将式（2.5）代入式（2.4）得
d2uC RiC LC 2 uC u0 dt
diC d2uC C 2 dt dt
（2.5）
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（2.6）
通常R值很小，可以忽略不计，当忽略 RiC 部分时，式 （2.6）可写为 d2uC LC 2 uC u0 （2.7） dt uC u0 a1 cos 0t a2 sin 0t（2.8） 解式得
第二章
高压电器与开关设备
第三节 断路器开断短路电流的工作状态 及暂态分析
轨道交通牵引供变电技术
第三节 断路器开断短路电流的工作状态及暂 态分析
断路器要能闭合和开断各种性质的电路。以 单相电路为模型，电力系统中常遇到的电路有如 下几种：图2.15（a）为电阻性电路，图2.15（b ）为电感性电路（感性小电流），图2.15（c）为 电容性电路（容性电流），图2.15（d）为系统短 路时的电路（感性大电流）。除电阻性电路外， 开断和闭合其他性质的电路时，均将在系统中引 起暂态过程，出现异常的电压和电流，危害设备 的安全运行。因此，对断路器触头在开断电路时 的恢复电压进行暂态分析，不但可以使我们了解 在不同电路参数下触头恢复电压的建立过程，而 轨道交通牵引供变电技术 且
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0
1
t 0，
uC uarc0
（2.10）
将式（2.10）代入式（2.8）得 uarc0 u0 a1 ； a1 (uarc0 u0 ) （2.11） （2 ） t 0 时，电流过零，由于电路中存在电感，电 流不能跳变，因此有 duC duC ； 或 （2.12） i C 0 0 iC 0 C dt dt 将式（2.8）对t微分得 duC （2.13） a sin t a cos t
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由图2.19可知，电压恢复速度可取为1/4周期 中的平均值，表示为 dure u0 2u00 （2.17） 4 f 0u0 106
可见 0 越大，电压恢复越快；u0越大，电压 也恢复越快。电压恢复越快，则电弧燃烧的时间 就延长。为了降低 2. 断路器断口并联电阻降低恢复电压上升速度 如图2.21所示为两断口的断路器在主触头 Q1 处 Q2为辅助触头，断路器分断电 并联电阻R的情形。 路时，主触头 Q1 先打开，并联电阻接入电路，使 主触头间的电弧熄灭，然后辅助触头 Q2 接着分开，
dt
0 1 0 0 2 0
当 t 0 时，将式（2.12）代入式（2.13），得 0 a2 0 即 a2 0 （2.14）
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故得断路器断口恢复电压为
ure uC u0 (uarco u0 ) cos 0t
（2.15）
若 uarc0 u0 时，则上式可简化为
轨道交通牵引供变电技术
电源和电感L、电阻R及电容C组成的串联电路在 突然合闸时电容C两端的电压变化过程。这样可 以用如图2.18所示的电路来分析电压恢复过程。 当t 0时，相当于开关Q突然闭合，电路中有电流iC 通过。假设断路器弧隙电阻在电流过零时为无限 大，则电路的回路方程式为 di RiC L C uC u0 （2.4） dt du 因为 iC C C