地铁35kV供电系统纵差保护分析

地铁35kV供电系统纵差保护分析

吴伟导

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要:地铁电力系统作为地铁安全运营的保证基础，在科技发达的今天，地铁采用大量的运行监控系统，对电能的需求量非常大。对供电系统来讲，各种形式的短路故障都有可能引起整个供电网络的崩溃。本文主要对35kV供电线路的光纤纵差保护进行分析，供参考。

关键词:地铁;供电系统;纵差保护

一、地铁35kV供电系统

地铁车站35kV正常时两路进线分别为2台变压器独立供电，两台同路分列运行，母联开关在自投位置，同时供电。任意一条进线发生故障时，进线开关在保护装置的控制下动作跳开，母联开关自动投入使用，一般可以承载全站一、二级负荷，为抢修争取时间，保证供电不间断。35kV供电系统的中性点接地设置110/35kV主所内，自接地变压器的中性点引出经过接地电阻接地，其中接地变压器兼所用电变压器。

接线方式：接线方式见图1，标准站变电所的接线方式。交流开关柜选择可靠性高、体积小的SE、气体绝缘金属封闭开关柜(GIS)，断路器采用真空断路器。

继电保护：35kV继电保护在设计上应采取简单高效配置，确保继电保护的可靠灵敏性。同时，35kV进线开关的继电保护有线路差动保护、过电流保护、零序电流保护，其中35kV进线电缆主保护采用光纤纵差保护，后备保护由上级的阶段式电流保护完成。

二、差动保护

（一）纵联保护

采取同时对线路末端和下级线路的始端进行测量，可以准确地采集到两端数据，进行对比分析，从而能够准确地区分是保护区外故障还是区内故障，这种测量方式需要在线路始末端安装相同的采样检测装置，同时两侧的数据同时传送，才能确保正确的判断。单一的测量点是无法精确地进行距离保护作用。

（二）纵联电流差动保护

纵联电流差动保护通过设置在线路始末端的检测器，同时采集本侧电流的波形和相位，通过光纤通道分别传送到对侧保护装置，每侧的保护装置根据本侧和对侧的数据进行对比分析，判断出是保护区内还是区外故障。保护装置判断的依据不是己设定的电流定值、延时时间、电流方向等，而是根据基尔霍夫电流定律:流入1个节点电流向量和等于零。这类保护在每侧都直接比较两侧的电气量，类似于差动保护，因此称为差动纵联保护。其有良好的选择性，能灵敏、快速地切除保护区内的故障。为了保证差动算法的正确性，保护必须比较同一时刻两端电流值，这要求线路两端对各电流数据进行同步处理，要保证２个异地时钟的统一与同步，常用数据通道同步方法与全球定位系统GPS同步时钟同步方法。

（三）纵联保护通道

纵联保护所利用通道有4种:导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护。光纤保护通道采用专用的光纤线路，与输电线之间完全独立，当电力系统发生任何故障时，都不会对光纤通道的信息传输造成干扰。光纤通道带宽很大，可以让信息的传送更快速及时，能够容纳更多的信息量，可以实现两侧电流波形的对比，使保护装置的判断更加准确。

（四）纵联电流差动保护的制动特性

根据基尔霍夫电流定律，在正常运行时，流入被保护的线路的电流等于流出的电流，而在线路内部发生短路故障时，两侧保护装置将会检测到不同电流，这个差值就是内部的故障电流，电流互感器存在一定的误差和饱和，当被保护线路流过保护区外的短路电流时，两侧保护装置会产生较大的不平衡电流，可能引起误动作。为防止这种情况的发生，一般纵联电流差动保护都带有比率制动特性，动作特性如图2所示。

（六）TA断线监视

差动保护设置＂TA断线监视＂功能，正常运行过程中，若差动电流长时间存在不返回，则TA断线动作闭锁差动保护，防止再发生区外故障时差动保护误动。

（七）保护定值

进线柜差动保护定值如表1所示。

三、故障时性能分析（一）差动保护区外部故障时的性能分析

设在进线的保护区外故障，即变压器高压侧发生两相短路，进线差动保护流入线路的电流等于流出线路的电流，有:Im=In，即Im-In=0所以，进线差动保护区外部故障时，进线差动保护不动作。

（二）差动保护区内部故障时的性能分析

设在保护区内，即进线线路上发生单相对地短路，35kV系统接地采用经过接地变压器初级线圈中性点经小电阻接地，参数计算如下:

接地变压器的阻抗

:

式中，UK（%）为变压器短路电压百分值，取6.09，UN为变压器的额定电压，取35kV，SN为变压器容量，取500kVA。

四、结束语

由以上分析可知，进线差动保护对负荷电流和外部短路电流不反应，只反应被保护线路两侧电流互感器之间电气设备故障时的短路电流，因此进线差动保护不必和其他保护在时限上配合，可瞬时动作。

参考文献：

[1]刘学军.继电保护原理[M].北京:中国电力出版社.2001

[2]中铁电气化勘测设计研究院.厦门市轨道交通1号线一期工程供电系统初步设计[Z].2013