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
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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。
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）（
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。
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
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。
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。
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。
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：
r
轨道交通牵引供变电技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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。
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）（
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。
d0
d0
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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
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。
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。
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。
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：
r
轨道交通牵引供变电技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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