对牵引整流器保护设置的探讨

故 障 $ 由 )4 在 6 78 内 熔 断 进 行 保 护 & 万 一 因 质 量 问 题 )4 不 熔 断 $ 由 于 31 元 件 击 穿 造 成 整 流 变 压 器 阀 侧 两 相 短 路 % 图 1 中 的 9 相 !9 相 正 桥 臂 3 元 件 ! 31 击 穿 元 件 ! 未 熔 )4 ! 2 相 $ 或 . 相 ! . 相 正 桥 臂 3 元 件 ! 31 ! 未 熔
)4 ! 2 相 ! $ 其 后 备 保 护 是 图 - 中 的 整 流 变 压
器 网 侧 微 机 保 护 .: $ 由 整 流 变 压 器 网 侧 电 流 互 感 器 .;< 取 样 $ 通 过 .: 的 电 流 速 断 跳 脱 整 流 变 压 器 网 侧 高 压 断 路 器 ,3 $ 切 断 整 流 机 组 高 压 交 流 电 源 & 由 图 - 还 可 以 看 出 $ 由 .;0 取 样 经 =: 的 硬 接 点 输 出 向 .: 输 入 跳 闸 ,3 指 令 $ 比 由 .;< 取 样 后 直 接 向 .: 输 入 跳 闸 ,3 指令$ 在动作时间上还慢些& 所以$ 没有必要 为 )( 不 能 熔 断 在 已 有 .: 后 备 保 护 的 情 况 下 $ 再 在 每 一 个 桥 臂 串 .;0 设 上 一 套 =: 装 置 &
*+& 时 予 以 认 真 的 思 考 "
$ 一 % 换 向 过 电 压 . /0 ! /1 与 整 流 变 压 器 漏感 . 的大小及二极管换向时的残存载流子的 多少有关! . 大及负载电流大 $残存载流子也 多% 则换向过电压高& 轻轨’ 地铁牵引整流变 压器系非耦合式变压器! 二次侧漏感大! 过电 压数值可达工作电压峰值的 2 " 3 倍" 如果整 流变压器漏感小及整流器直流输出电压低’ 功 率 小 ! 则 在 二 极 管 反 向 耐 受 电 压 高 及 有 -+& 情 况 下 ! 取 消 *+& 是 可 行 的 " 但 对 轻 轨 ’ 地 铁整流变压器漏感大’ 直流输出电压高’ 功率 大及重要性属于一级负载的整流器! 取消
整流臂中有一支元件损环时须发报警信号) 当 同一整流臂中有两支元件均损坏时! 应使整流 变压器网侧高压断路器分闸& 对二次电路须滿 足过流保护要求的考虑是周到的! 因此! 对二 次电路在滿足过压保护故障信号上也不应该马 虎 ! 因 为 当 ?+& 及 -+& 电 路 出 现 故 障 ( 特 別 是 又 沒 有 *+& % ! 在 牵 引 变 电 所 无 人 值 守 而 又 沒有报警信号上传! 在得不到及时采取处理措 施而让整流器继续运行下去! 是极有可能造成 整流器发生大量二极管的反向击穿& 所以! 建 议 对 在 ?+& 及 -+& 电 路 中 !转 下 页 "
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源! 并根据联跳要求将馈线直流快速断路器全 部跳闸! 使故障点与外部隔离" 在发生这种性 质故障时! 至于因双边供电由相邻牵引所过来 的 逆 流 ! 也 可 由 设 在 进 线 正 极 柜 內 的 !" 动 作 ! 使整流变压器网侧高压断路器及全部直流快速 断路器跳闸" 当然! 这是一种后备保护"
图!
!" 脉波整流机组电气原理示意图 > && >
## 为 限 制 因 !"# ! " 二 极 管 换 向 过 电 压 保 护 # 二极管换向由整流变压器漏感产生的过电压作 用于关断二极管上$ 一般须在整流桥臂并联接 入 阻 容 保 护 装 置 % 图 $ 中 的 %"& ! " 整 流 器 内 部 短 路 保 护# ## 当 桥 臂 支 路 二 极 管 击 穿 造 成 整 流变压器阀侧相间短路时$ 为了使故障支路快 速隔离$ 如图 $ 所示在每个二极管支路上串联 一 个 快 速 熔 断 器 ’( & 关于牵引整流器本体的保护设置$ 据了 解’ 有若干家城市轨道交通企业在整流器内部 短 路 保 护 上 $ 除 设 置 )( 外 还 有 图 $ 所 示 的 逆 流 保 护 % 下 面 简 称 *+ ! " 有 的 制 造 厂 家 还 取 消 了 二 极 管 换 向 过 电 压 保 护 装 置 %,& & 整 流 器 是 否 需 要 设 置 *+ ( 取 消 %,& 是 否 妥 当 ( 笔 者 在下面谈些个人看法$ 供业内人士参考&
关 键 词 ! $%&T ,%-.T <=>23-.T M
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我 国 轻 轨 ! 地 铁 直 流 牵 引 标 称 电 压 为 !"#
$ 或 % "## $ " 整 流 机 组 一 般 采 用 %& 脉 波 或 等
效 &’ 脉 波 整 流 结 线 方 式 # %& 脉 波 的 整 流 机 组 由整流变压器及整流器各一台组成$ 其整流变 压器的阀侧有两组绕组" 一组采用 ( 联结" 另一组采用!联结" 它们的线电压有效值相 等" 阀侧绕组同名端线电压的相位差电角度为
-. & %& 脉 波 移 相 整 流 变 压 器 -/ & %& 脉 波 整 流 器 0-% ! 0-& & ) 相 整 流 桥 组 123 & 整 流 变 压 器 网 侧 电 流 互 感 器 124 & 逆 流 检 测 电 流 互 感 器 15 & 整 流 变 压 器 网 侧 微 机 保 护 67 & 整 流 器 内 部 短 路 保 护 85 & 整 流 器 逆 流 保 护 9+( & 交 流 侧 过 电 压 保 护 :+( & 二 极 管 换 向 过 电 压 保 护 -+( & 直 流 侧 过 电 压 保 护 ;< & 压 敏 电 阻 ;= & 压 仓 电 阻
%三! 三相桥式整流电路的 优 点 之 一 $ 是 直流侧反电势不可能向故障整流元件支路反馈 电流 & 正 因 为 如 此 $ 在 国 标 *城 市 无 轨 电 车 和 有轨电车供电系统+ *地铁设计规范+ % ,9 6>?1@AB ! 中 规 定 由 半 导 体 器 件 组 成 的 整 流 装 置 不 需 要 设 置 =: " 在 % ,9 ?C16D@-EEF ! 中 也 没 有 要 求 整 流 器 须 有 =+ " 因 此 $ 在 由 半 导 体 元 器 件 构成的整流器不必设置& %四! 牵引所继电保护装置 在 满 足 可 靠 性 的情况下$ 应力求简单& 为每个桥臂串一个
-
不必要设置逆流保护
逆流保护原理$ 大都是在整流器的每一个
桥臂装一个穿心式电流互感器 %下面简称
./0 ! $ 当 桥 臂 支 路 整 流 元 件 击 穿 出 现 逆 向 电 流
时$ 熔断器因质量问题没有熔断$ 作为后备保 护 的 ./0 给 出 逆 流 取 样 信 号 $ 通 过 *+ 装 置 出 口继电器接点的接通$ 向整流变压器网侧的微 机 保 护 % 下 面 简 称 .+ ! 装 置 输 入 切 断 整 流 机 组高压交流电源的跳闸命令& 整 流 器 不 需 要 设 置 *+ $ 理 由 如 下 ’ %一! 分析一下向故障点反馈电流的可能 性$ 有二种故障情况& 一种是整流元件击穿的 整流器內部短路故障& 设在图 1 中有一组三相 整 流 桥 的 2 相 正 桥 臂 某 一 支 路 整 流 元 件 31 发 生 击 穿 故 障 $ 与 其 串 联 的 熔 断 器 )4 未 熔 断 造 成内部短路& 由于 5 个负桥臂的阻塞作用$ 此 时直流侧存在的直流反电势 %车辆的再生制 动) 并联整流机组) 牵引所的双边供电! 是不 可能反馈电流给故障臂的& 还有一种故障情 况$ 即整流器内部非整流元件击穿造成的直流 正负侧短路& 在发生此类故障时$ 直流侧反电 势必会向故障点反馈电流& %二! 对于因支路 3 元件击穿造成的内部 图! 整流元件击穿的后备保护
)# ! % 整 流 器 由 两 个 三 相 * 脉 波 全 波 整 流 桥 组
成" 一个整流桥接至整流变压器阀侧!绕组" 另一个接至 ( 绕组# 通过如此组合" 整流变 压 器 阀 侧 电 压 经 整 流 形 成 每 周 期 含 有 %& 脉 波 的 * 相整流系统#
%
整流器本体的保护设置
图 % 为 %& 脉 波 整 流 机 组 电 气 原 理 示 意 图 #
过 电 压 的 工 作 次 数 就 有 ’4 次源自文库! 工 作 强 度 是
*+& 的 ’4 倍 ! 难 以 保 证 在 较 长 年 限 内 -+& 不
受损坏& ( 三 % 过 电 压 保 护 装 置 中 的 电 容 器 :! 在 吸 收 换 向 过 电 压 起 始 瞬 间 的 电 压 ! 在 *+& 中 基 本 上 是 另 值 ( 因 为 在 二 极 管 导 通 时 ! ;: 的 两 端 电 压 是 二 极 管 正 向 压 降 % ! 而 在 -+& 中 是 等于直流输出电压& 此外! 吸收过电压电路的 路 径 -+& 也 长 于 *+& ! 增 大 了 线 路 电 感 及 电 阻& 所以! 要论吸收换向过电压效果! 在理论 上 可 以 肯 定 -+& 要 差 于 *+& & (四% 如果地铁公司线路的整流器原设计 在 每 个 二 极 管 上 ! 并 接 有 ;: 吸 收 换 向 过 电 压 保护装置! 在认为电阻 ; 发热量很大而二极 管 反 向 耐 受 电 压 有 < => 不 易 发 生 击 穿 的 情 况 下 ! 决 定 拆 除 了 *+& 装 置 & 拆 除 后 的 数 年 运 行情况表明! 己出现过数次由于整流二极管反 向击穿而造成熔断器熔断的故障! 甚至还出现 过同时击穿两个二极管的现象& 综上所述! 对于输出直流高电压’ 大功率 的牵引整流器! 为限制换向过电压而设置的
轨 轨道 道交 交通 通
! 城市公共交通"
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对牵引整流器保护设置的探讨
武汉市轨道交通有限公司 文献标识码 ! ! 丁光发 高级工程师 中图分类号 ! "#$% 摘 要 ! !"#$%&’()*+,%-./ 01 图 中 $ +, & 整 流 机 组 高 压 断 路 器
2345678$%&’9:;<=>23-.?+ @ABCDEF/ GHDIJ K%>23-.?+L *+MNOP@Q)RS
# 高电压大功率整流器不能取诮 $%&
以图 ’ 为例! 当 # 相桥 ( 相正桥臂 ) 元 件由导通转为截止而产生的过电压! 取诮
*+& 的 观 点 认 为 # 换 向 时 因 , 相 负 桥 臂 ) 元
件 的 导 通 ! 使 直 流 侧 过 电 压 保 护 -+& 并 接 于 换 向 桥 臂 , 相 正 桥 臂 两 端 ! -+& 己 经 起 到 了 兼 有 限 制 换 向 过 电 压 保 护 *+& 的 作 用 ! 所 以 可 以 取 消 *+& " -+& 兼 有 *+& 作 用 ! 在 理 论 上沒有错" 但是! 对于高电压大功率牵引整流 器! 有下述几点须要注意在决定是否取消
./0 而 设 置 一 套 =+ $ 既 增 加 了 投 资 $ 又 使 整 流
装置电路变复杂了$ 且给维护也增加了麻烦& %五! 对于非桥臂元器件击 穿 造 成 的 整 流 器內部直流侧短路$ 由故障机组向故障点提供 的短路电流$ 及由同一牵引所并联整流机组过 来的短路电流$ 都会造成两套整流机组的高 压 交 流 侧 .+ 动 作 $ 切 断 整 流 机 组 高 压 交 流 电
*+& 是 万 万 不 能 取 消 的 & 在 能 滿 足 限 制 换 向
过电压效果的前提下! 为使保护装置力求简 单 ! 可 不 必 在 每 个 二 极 管 上 都 并 接 ;: ! 而 是 在 每 个 桥 臂 上 并 接 一 套 公 用 ;: 装 置 &
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?+& 及 -+& 的 故 障 信 号
整流器过流保护对二次电路的要求# 当各
整流器本体的保护设置" 一般应有$ 交流 && 为 限 制 整 流 变 压 器 在 分 ! 合 侧 过 电 压 保 护& 闸时产生的操作过电压" 在整流器交流侧接有 压 敏 电 阻 保 护 装 置 ’ 图 % 中 的 9+( ( % 直 流 侧 && 为 限 制 因 保 护 二 极 管 的 快 速 熔 过 电 压 保 护& 断 器 67 的 熔 断 及 直 流 馈 出 高 速 断 路 器 的 跳 闸 等产生的过电压" 在整流器直流侧接入阻容和 压敏电阻保护装置进行限压保护 ’图 % 中的