摘 要：结合北京地铁的实际情况及存在问题，提出了小间距电分段保护，并对小间距电分段保护进行了详细分析和论述，为解决地铁第三轨受流系统存在的问题提供了解决方法。

关键词：地铁；牵引供电系统；电分段；保护
 
0 概述
      北京地铁 750 v 直流牵引供电系统采用第三轨（导电轨）受流方式，机车采用集电靴取流。北京地铁采用 vvvf 机车，机车的两侧各设 2 个集电靴，且 2 个集电靴之间的距离为 12.6 m，集电靴在电气回路上是相互连通的。列车编组采用动拖编组形式。为了在故障情况下尽可能地缩小事故范围、方便检修及保护配合的需要，在牵引变电所出口处（一般在列车进站侧）设有电分段。电分段中段有 3 种类型：小间距电分段、大间距电分段、中性短轨电分段。
      根据北京地铁机车的实际情况，小间距电分段处的间距一般大于 6.9 m 而小于 12.6 m；大间距电分段处的间距一般大于 13 m；中性短轨电分段的中性段实际上为一个短轨，该短轨一般通过接触器与导电轨相连，中性短轨与导电轨的间距一般根据机车集电靴的分布来确定。
      根据北京地铁牵引供电系统的特点，下面对在不同运行方式下的小间距电分段保护进行分析和论述。
1 小间距电分段保护
1.1 牵引供电臂正常双边供电时的保护
      如图 1 所示，cb1—cb4断路器处于合闸位置，ds 越区电动隔离开关处于分闸位置，机车通过电分段时机车集电靴将电分段短接，同时在变电所ssa 与变电所 ssb 之间的直流供电区间发生了短路故障。Www.11665.coM
正常情况下，750 v 直流供电系统的相邻 2 个牵引变电所对一个供电区间同时供电，实现正常双边供电。当供电区间处发生短路故障时，保护装置检测到故障信号后跳本侧断路器，同时联跳对侧断路器。由于双边联跳回路的存在，弥补了 750 v 直流系统末端短路时灵敏度不够的问题。

      当机车通过车站时，机车的集电靴搭接在电分段的两端，即机车集电靴短接了电分段。位置检出器 ps 检测到机车位置信号后，闭合位置检测器 ps的辅助触点，将变电所 ssb两侧的双边联跳回路自动连通。如果此时在 f2处发生近端短路，f2短路点是变电所ssb近端故障，由于集电靴短接了电分段，此时流过 cb2 的短路电流约为集电靴不短接电分段时的一半，但它仍在保护灵敏度范围之内，cb2保护装置检测到故障信号，保护动作跳开本侧断路器 cb2，同时联跳邻所对侧断路器 cb1、cb3、cb4；如果是 f1处发生短路故障，f1短路点是变电所 ssa近端故障，cb1馈线保护装置检测到故障信号立刻跳开 cb1、同时联跳 cb2、cb3、cb4。
      断路器保护跳闸后启动自动重合闸，线路测试装置测试线路是否有短路点，如果线路测试正常，延时重合馈线断路器；如果线路测试发现存在短路点，馈线断路器不重合。在线路测试过程中机车有可能因惯性滑过电分段，使无故障的供电区间的馈线断路器重合闸成功，如果机车无法滑过电分段，那么只要故障不消除，馈线断路器就不会重合。
      由于直流馈线断路器之间设有双边联跳保护，故能在最短的时间内切除故障，同时避免了因末端短路电流不满足保护灵敏度的要求而无法正确动作的问题。如果直流馈线断路器之间没有双边联跳保护，当 f1处发生短路故障，对变电所 ssa来说 f1是近端故障，流过 cb1的短路电流很大，cb1馈线保护装置检测到故障信号立即断开 cb1。但对变电所 ssb来说 f1是远端故障，末端的短路电流较小，另外由于机车集电靴短接电分段使流过 cb2 的短路电流变得很小，尤其是在越区供电时这个问题更加突出，存在远端故障时不能满足保护灵敏度要求的问题，导致保护不能动作，f1处的故障无法切除。因此，在 750 v 直流供电系统中，双边联跳保护能有效地解决保护灵敏度不够的问题。
1.2 牵引供电臂越区供电时的保护
      如图 2 所示，cb1、cb4、cb5、cb6断路器处于合闸位置，cb3、cb4 断路器处于分闸位置；变电所 ssb和 ssc的 ds 越区电动隔离开关均处于合闸位置。机车通过变电所 ssc的电分段时机车集电靴将电分段短接，同时在变电所 ssa与 ssc之间的直流越区供电区间发生了短路故障。

      当牵引变电所 ssb解列时，由相邻的两座牵引变电所 ssa和 ssc越区供电。当在 f1处发生短路故障时，保护装置检测到故障信号后跳本侧断路器cb1，同时联跳邻所对侧断路器 cb4。
      当有机车通过，位置检出器 ps 检测到机车位置信号后，闭合位置检测器 ps的辅助触点，将 ssc两侧的双边联跳回路自动接通。如果此时在 f2处发生近端短路时，保护跳闸断开本侧断路器 cb4，同时联跳邻所断路器 cb1、cb6；如果是 f1处发生短路故障，保护跳闸断开本侧断路器 cb1，同时联跳cb6。这样，在最短的时间内切除故障，使事故缩小到最小范围。
1.3 牵引供电臂单边供电时的保护
      如图 3 所示，cb1、cb3、cb4 断路器处于合闸位置，cb3处于分闸位置；变电所 ssb的 ds 越区电动隔离开关处于分闸位置。机车通过变电所ssb 的电分段时机车集电靴将电分段短接，同时在变电所 ssa的直流单边供电区间发生了短路故障。

      当牵引变电所 ssa单边供电，在 f1处发生短路故障时，保护装置检测到故障信号后跳本侧断路器cb1，快速切除故障。
      当有机车通过，位置检出器 ps 检测到机车位置信号后，闭合位置检测器 ps的辅助触点，将 ssb两侧的双边联跳回路自动接通。当在供电区间 f1处发生短路时，保护跳闸断开本侧断路器，同时联跳邻所断路器，即 cb1、cb3、cb4 均跳闸，快速切除故障，并使事故缩小到最小范围。
1.4 供电区间检修时的保护
      如图 4 所示，cb1、cb2处于分闸位置，cb3、cb4 处于合闸位置；变电所 ssb 的 ds 越区电动隔离开关处于分闸位置。变电所 ssa和变电所 ssb之间的供电区间处于故障维修状态，此时当有机车驶进 b 站，一旦机车集电靴短接 ac 电分段时，尚处于停电检修状态的供电区间带电而造成短路故障使断路器 cb3、cb4跳闸，扩大了事故范围，同时会对维修人员造成生命危险。另外因电分段 a 端的电压为零，电分段 a 端和 c 端之间巨大的电压差将会产生拉弧和烧损导电轨。为了防止这种事故，当位置检出器在机车误进车站时立即跳开断路器 cb3，同时联跳 cb4。

2 结论
      综上所述，从理论分析的角度来看，小间距电分段保护不但能保证机车过分段时连续取流，而且能解决因机车连电引起的短路电流减小、保护灵敏度不够、事故范围扩大的问题。
      该方法用于实际工程时尚需要研制出能适用于地铁运行环境、满足保护配合要求的机车位置检测设备。随着科技的发展，研制出一种既能适用于地铁运行环境又满足保护配合要求的机车位置检测设备必将成为现实。
 
参考文献：
[1] 贺家李.电力系统继电保护原理[m].北京:中国电力出版社,2004.