接触网保护和故障点标定

11.3.1 接触网采取保护措施的目的

为接触网设施设计恰当的保护措施能使接触网的热性能得到充分利用，这本身也是使设计充分的接触网系统得到最佳运行的必要条件。

接触网设施是铁路牵引供电系统中热载荷容量最小的部分，为此可认为： 如果接触网得到很好的保护，那么所有其他与接触网串接的运行组件将得到充分的保护。

接触网的保护措施具有识别和评估任何故障的产生这个基本目的，为了：

—排除或减少对直接或间接暴露或与故障电流电压接触的人员伤害;

—使接触网设施、设备之损坏降至最低限度;

—维持牵引供电的最佳工作效率;

—提供和处理有助于故障分析的信息。

要达到这些目标，保护措施必须能够安全、快速、有选择性地切除所有不被允许的牵引接触网负荷，这类不被允许的接触网负荷例如：

—网络中发生的所有类型的短路;

—造成受保护接触网允许的最终温度θ_lim(如德国铁路接触网标准设计Re200、Re250型为70℃，Re330型为80℃) 超出允许范围的运行电流的原因。

在牵引供电设施中，故障要比公共供电网发生得更加频繁。

图11.38提供了接触网保护措施运用的任务、目标和基本原理。图11.39示出一架空接触网设施的容量特性及用于各种保护机构的保护措施达到的保护特性。

第10.5节讲述了如何独立地经过回路断路器向每个供电臂供电。每个回路断路器都配备了保护回路及设备。对既有的线路要确定其极限值，超出这些值时，相应的保护继电器就要触发回路断路器跳闸。直接进行保护的保护设备称为主保护，主保护设备必须能够确认在相关的供电臂是否发生了短路，并将它与其他供电臂的故障区分开。

图11.38 牵引接触网所采用的保护措施的任务和目标

a) 当由EFS1 (具有一开断时间为60ms的电源回路断路器) 进行保护时的真实保护范围

b) 由热保护措施I²·t进行延伸保护

c) 能由I²·t及起始电流限定电路图覆盖的范围

图11.39 架空接触网用保护措施的载流容量

假如负责某供电区段的保护继电器或相关的电源回路断路器失效的话，故障电流就不能被切断，在此情况下备用保护措施必须确保电流能断掉，通常此种设置要区分下面的不同：

—备用保护1，它表示如保护继电器或电源回路断路器失效即投入工作;

—备用保护2，它如第1.3.3.5节所叙述的那样用作主保护。

11.3.2 德国铁路对架空接触网采用的保护措施

以下章节包含了对单相交流16.7Hz铁路网的架空接触网保护措施进行的扼要介绍，其基本原理和保护措施也可在单相交流50Hz设施上应用。

在电力牵引的早期，在供电变电所、开闭所和分区所采用简单的机电继电器作为架空接触网保护。以1975年起，由于易于获得适用的电子组件，老设备被电子模拟保护设备所替代，如SDB15、7SL16、EFS1和EFS2。用于单个架空接触网区段的保护设备应当符合以下条件以便适应铁路的特殊需要 (具有明显的运行电流高峰和直至45kA的极端短路电流)。

—快速的大电流回路切断;

—过电流时间保护;

—带有两套参数及过电流动作的二段距离保护，也称阻抗保护;

—区分大的运行电流和短路之间差别的能力;

—热过负荷保护;

—紧急过电流时间保护以防备距离保护措施的失效;

—备用保护。

如图11.40所示，应用带恰当保护的变压器芯的互感器来检测电流和电压并提供保护回路的输入。用作初级保护的短路保护设备必须能够探测出无故障阻抗情况下的短路，它必须也能探测出故障阻抗并不超出回路阻抗的被保护区段远端的短路。现代保护继电器的命令响应周期在2ms范围内。用来切断短路电流的全部周期是保护继电器命令响应时间和电力回路断路器切断周期之和，就是说，实际跳闸周期和电弧熄灭周期之和。

图11.40 架空接触网保护与电压、电流互感器的连接

架空牵引接触网保护继电器设定的最重要阶段是：

大电流保护： I>>>

由于短路发生在变电所附近造成的短路电流，要比短路发生在供电区段末端或接近两个变电所间中点造成的短路电流大得多，这是因为供电点和短路位置之间的阻抗要低得多。大电流保护的目标是当预设的电流极限值被超出时马上发送一 “断开”信号至相应的断路器。在大电流保护回路中选择性原则是不能经常　保持的，因为极大的短路电流必须阻止以免会将接触线熔化。

二段距离保护

在相互连接网络以及在架空接触网网络中需要用距离保护有选择性地切断短路，这些措施也叫作阻抗保护，意味着在保持选择性原则的同时将发生在离开供电变电所很远距离的短路断开。这种保护形式的运行是根据阻抗之内起动的原理，假如发现短路阻抗低于预设阻抗值，距离保护就起动。德国铁路在第一距离 (或阻抗) 保护段和第二距离 (或阻抗) 保护段之间加以区分。

第一阻抗段： (Z<)

这是作为主要保护用在架空接触网上直至下一保护区段 (例如在变电所与分区所之间)。“断开” 信号在命令延迟30ms后发送到相应的断路器上去。