引言

城市轨道交通为提高土地利用率和城市居民出行便利性做出了突出贡献。许多城市建立了城市轨道交通网络，已成为居民日常生活中不可分割的存在。

1磁感应电压生产机制

一方面，牵引变电站在实际工程中输送的牵引电流并不总是固定的，其瞬时电流值的大小与地铁列车的瞬时运行状态、运行策略和负荷密切相关。当列车在线路上有规律地重复“启动-加速-惰性-制动-停止”时，牵引电流也有规律地变化。根据电磁感应原理，变化的地铁牵引电流会刺激空间中变化的磁场，磁场环境中的闭合电路会因磁通量的变化而产生感应电压。虽然在理想状态下，钢轨回流电流与牵引电流默认相同，产生的磁场可以相互抵消，使空间中实际保留的磁场极其微弱，但实际运行中产生的地铁杂散电流激增了回流电流与牵引电流的差值，使空间中保留的磁场倍增。电力系统中220kV及以上电压等级的变压器一般采用中性点接地方式运行，相邻两个接地变压器与地球之间形成等效闭合电路。电路中磁通量的变化导致电网输电线路中的感应电势和感应电流，感应电流聚集在变电站中的电力变压器中性点接地处。另一方面，由于等效闭合回路的固定位置，地铁列车的位置随着时间的推移而不断变化，当列车在电网回路所在区域的V时，（t）当速度运行（即并行范围）时，两者相对运动，导致电网输电线路中的动生电势，从而产生动生电流，并聚集到变电站电力变压器的中性点接地处。

2.地铁降压变电系统的组成

在城市轨道交通降压变电系统的设计中，400V低压系统具有自动化程度高、维护方便、负荷分类多等优点。当母线失压时，内置的电流电压保护模块可以实现失压保护，切除三种负荷。同时，柜内设备采用抽屉式单元，便于各单元的提取和维护，操作简单。因此，400V电压是降压电压的分级终压[5-6]。一般降压等级分为两类：一是二级降压，直接将35kV电压降至400V电压；二是三级降压，即将35kV电压降至10kV电压，再降至400V电压[7-8]。天津6号线一期工程线路分级供电方式包括上述两种方式。地铁环网降压系统由主变电站（100kV电压输入、35kV电压输出）组成、由中央降压变电站（35kV电压输入、10kV电压输出）和降压所（10kV电压输入、400V电压输出）组成，每个降压所均为2路进线。地铁环网降压系统构成网络图。在地铁降压变电系统中，负载率和功耗直接关系到地铁降压变电系统的降压方式，以及整个地铁降压变电系统变压器的负载能力。地铁站高峰期变压器负荷率变化范围为10.01%~12.48%。与现行《35~110kV变电站设计规范》相比，实测变压器负荷率低于最佳负荷率45%~60%，说明设计的降压变电站容量过剩，能够满足设备运行的充足供电。自动扶梯、直升电梯、冷源、通风照明等电力设备的功耗各不相同。为了更详细地分析10kV/400V降压所各类电力设备的耗电量，以变压器负载率最大的金钟河街站为例，计算一个月降压所各类电力设备的耗电量。

3地铁降压变电系统施工调试

为了更好地保证地铁降压变电系统的正常运行，选择合理的地铁降压变电系统后，需要进行施工调试，谐波电流控制是施工调试的重点工作。由于环控设备、冷源设备和车站照明设备的耗电量占总耗电量的68.9%，这些设备的谐波电流控制在施工调试中尤为重要。谐波电流95%的概率值曲线，环控设备、冷源设备、车站照明设备呈现明显不同的变化。环境控制设备谐波电流95%的概率值波动明显，变化剧烈。当谐波次数为5次时，峰值为24.80A，而高次谐波电流95%的概率值相对较小；冷源设备谐波电流95%的概率值波动较小，低次谐波电流95%的概率值相对较小，谐波次数为7次和9次的概率值为峰值；与冷源设备相比，车站照明设备谐波电流95%的概率值波动较小，高次谐波电流95%的概率值相对较小，谐波次数为5次的电流值为峰值。这些谐波峰值会使电网中的电能损耗过大，导致设备加热损坏和过电压损坏。因此，在施工调试过程中，需要采取必要的措施来控制谐波电流，如在降压中增加有源电力滤波器（ActivePowerFilter，APF），调节谐波电流，达到谐波治理的目的。

直流设备框架保护改进措施原则

4.1增加对框架电流方向的判断

当负极与框架之间的绝缘电阻降低时，通过Ki的电流方向从地面流向DC开关柜的外壳。负极柜中的负极母线通过回流电缆连接到轨道上。由于全线轨道连接，所有变电站负极柜的负极母线连接。负极母线与轨道之间没有分离开关，即使变电站的DC进线开关、DC馈线开关、整流机组开关和相邻变电站的DC馈线开关跳闸，泄漏电流仍流过Ki，故障无法切除。由于DC设备负极与轨道连接，设备外壳与地球连接，当负极绝缘电阻下降时，负极和轨道电位限制装置导通，增加杂散电流，提高其他部分的轨道电位，DC框架保护系统发出报警信号。DC设备框架保护系统主要监测正极电流泄漏。负极绝缘电阻的下降不属于DC框架的保护范围，因此系统不工作。

4.2设置3套电流框架保护装置

在整流柜、DC开关柜、上网配电柜中，分别设置电流框架保护装置，提高框架保护的选择性，缩小故障影响范围，明确故障点，缩短故障处理时间，减少对列车运行的影响。在整流柜中，Ki动作时，进线DC断路器跳闸闭锁；交流整流机组断路器跳闸闭锁。馈线DC断路器不跳闸，变电站及相邻变电站重合闸不闭锁。在DC开关柜中，Ki动作时，所有进线和馈线DC断路器跳闸闭锁。两个交流整流机组的断路器跳闸闭锁。连接相邻变电站，关闭变电站和相邻变电站。跳转变电站可以手动/远程返回。故障排除后，需要手动返回才能操作。

4.3取消电压框架保护

当牵引网与钢轨短路或牵引网与地面短路时，如果电流框架保护系统因故不动作，钢轨对地电位会升高，Ku检测到的电压也会升高。由于钢轨电位限制装置的电压整定值小于电压框架保护的整定值，动作延迟小，当钢轨电位升高时，钢轨电位限制装置首先动作，将钢轨与地面连接，降低钢轨电位，电压框架保护系统不动作。负极接地后，短路电流急剧增加。此时，直流断路器的过流和速断保护动作切除了故障点。因此，可以取消电压框架保护系统。

4.4不同的ERS（ESS）配置下的节能分析

EMR不仅可以模拟线路能耗，还可以计算不同配置下能馈/储能系统的配置效果，在线路设计阶段更有效地配置能馈/储能系统。目前ERS（ESS）该装置的主要配置指标是峰值功率和配置数量，通常是各变电站设置的ERS（ESS）该装置的功率也不尽相同，TPS总能耗可通过EMR多车运行模拟获得，制动电阻能耗和ERS（ESS）回收电能，可以计算不同配置下供电系统的综合能量利用率，从而比较投资比是否最优。

结语

针对地铁牵引供电DC设备框架保护系统的错误动作，改进DC设备框架保护，保证DC设备框架保护系统动作的选择性和正确性，减少DC框架设备框架保护的错误动作，减少框架泄漏电流对设备和人员的损坏，确保列车正常运行。