地铁供电系统继电保护方案研究黎永成

地铁供电系统继电保护方案研究黎永成

黎永成

(东莞轨道交通有限公司523000)

摘要；地铁作为目前发展最为迅速的城市交通类型，其供电系统的继电保护逐渐受到了广泛的关注，为确保地铁供电系统的有效运行，对当前的地铁供电系统继电保护方案进行研究，分析了其不足之处；对地铁供电系统的供电线路、变电器等继电保护进行了分析，并提出了地铁供电系统保护配置的优化方案。

关键词：地铁；供电系统；继电保护；方案

引言：地铁供电系统是地铁有效运营的最基本的保证，随着社会对于轨道交通依赖性的逐渐增加，地铁供电系统的可靠性及安全性需求越来越高，因此，对于直接影响供电系统运行监测、故障跳闸等相关问题的继电保护配置则是有了更高的要求。本文对于地铁供电系统的特点做了基本的分析，并根据目前供电系统继电保护设置提出分析与探讨。

一、地铁供电系统特点

1.1目前地铁供电系统的变电所以集中供电方式为主，即建立主变电所和车站变电所，其中主变电所会馈出相应数量的回路一般变电所与变电所间的距离在4km以内，若车站间距大于4km，一般会在中间设置区间变电所，由于各变电所间距离较短，因此一般的线路系统继电方案不适用于地铁供电系统，其继电保护配置具有其独特性。

1.2由于地铁供电系统直接影响列车运行状态，因此在某台主变压器出现故障时，应确保同所的另一台主变压器或者其他主所的主变压器满足地铁运行负荷要求。

1.3供电系统运行过程中出现故障，继电保护配置方案应能满足在可靠切断故障点的基础上保证故障影响范围最小，在安全的前提下保证地铁的正常运营，因此对于地铁供电系统的继电保护配置应不断进行优化。

二、地铁供电系统继电保护配置方案研究

2.1线路保护

在地铁供电系统中，线路保护有以下几个主要保护，并应用于以下方面。

地铁供电系统的线路保护主要由纵联差动保护和选跳保护组成，其中，纵联差动保护是基于进出线电流采集量向量合成进行判定，是最常用的一种线路保护类型。选跳保护则是在传统的过流保护基础上，结合同一线路的两个开关柜保护装置的数字通信判定故障，是近年来采用的一种保护类型，由此形成了地铁供电系统线路保护方面的主要配置保护类型。

2.2变压器保护

变压器是供电系统中的重要组成部分，当某台变压器发生故障时，会造成较大范围的无法供电情况，影响系统运行。地铁供电系统的变压器主要有两种，主变电所使用的是油变压器，动力变压器和牵引变压器使用的是干式变压器，其设置的保护类型也不一样，油变压器主要由温度保护、瓦斯保护、压力释放保护、差动保护、过流保护组成。干式变压器则相对简单，主要是温度保护、过流保护、过负荷保护。

2.3低压供电系统保护

低压供电系统主要指400V电压等级设备保护，目前以传统的过流、速断保护组成。从原理上来说，主要基于以下几个方面进行保护配置：

2.3.1电压保护：为保证电气设备在正常运行电压范围内工作，当检测系统电压低于额定电压60%并延时约2S，会触发失压跳闸。

2.3.2电流保护：这是电力系统保护中最基本的保护形式，基于电流的采集量的分析，经计算配置过流、速断保护，并根据接地型的故障类型设置零序保护。

2.4牵引供电系统保护

牵引供电系统是地铁供电系统中最为重要的一个部分，其运行情况直接影响列车的运行是否良好，是保证地铁优质运行的关键。牵引供电系统从35kV开关柜的其中一段接入，经整流变压器将35kV降压为1180V，接入整流器后整流为1500V直流电，通过接触网供给列车取电运行。其保护配置主要如下：

2.4.1整流器对其整流回路元器件设置了熔断器保护、逆流保护以及温度保护。

2.4.2直流开关柜分为进线柜、馈线轨和负极柜三种类型，其中基于电流采集量设置电流速断保护Imax、电流增量保护ΔI、电流上升率保护di/dt、过电流保护IDMT、热过负荷保护Thermal、逆流保护，以上保护主要针对于系统运行的故障大电流故障。针对人身安全设置框架保护、轨电位保护，以上保护旨在避免设备一次对外壳放电时对于现场人员的危害，根据不同的判定情况联跳直流牵引系统部分开关。

2.5直流保护配合

地铁车辆在启动直流牵引供电系统的时候是目前最大电流的正常运行，保护设置被设定为车辆的起始电流作为参考，所以在开始上升到最大电流和目前的中继保护协调时精确地计算了车的设计是非常重要的。目前，地铁车辆的电传动方式为交流传动，交流传动系统包括牵引电机、变频器和辅助设备。

三、地铁供电系统继电保护配置优化

结合以上地铁供电系统继电保护配置介绍，我们可对根据众多保护的保护对象、保护范围、动作特性对系统继电保护配置的进行细节的优化。

3.1线路保护设置应遵循范围全、响应快原则，就目前地铁供电系统配置的保护类型，应明确灵敏性较高的纵联差动保护作为线路保护主保护，数字通讯型保护过流选跳保护作为后备保护。

3.2油变压器保护应以纵联差动保护和非电量保护作为主保护，而过流及过负荷保护应作为后备保护。干式变压器以非电量保护作为主保护，过流、速断保护作为后备保护。

3.3低压供电保护应遵循反时限过流保护配置，即根据故障电流的大小反时限动作，以保证迅速切断故障点。

3.4牵引供电系统

可分为牵引整流机组保护和直流牵引保护两部分。速断保护设置牵引整流单元主要用于牵引变压器一次侧短路保护,设置过电流保护保护牵引变压器二次侧短路和直流母线短路,牵引变压器、整流器还应该设置超温保护本体,整流器硅元件的保护设置结合整流器的形式而定。直流设备框架保护启动，当联合跳和牵引整流机组开关站全部直流开关和变电站直流馈电开关时，将相邻直流牵引供电系统完全隔离。直流牵引保护可分为直流线路保护和直流馈线保护，直流进线路保护主要设置开关本身带来高电流跳闸保护、电流保护和其他保护联合跳动。直流馈线保护主要包括保护大电流跳闸保护、电流速度和增量保护、线路故障测试和自动重合闸、热过载保护、联合跳保护等。

3.5在倒送电运行方式下的优化方案

在地铁供电系统处在倒送电的运行模式下，主要从电流保护进行入手，因为供电系统的过电流保护的延时较长，所以有关部门必须根据这一点，在供电系统的建立阶段，合理的安排供电区域设置，促使电站两侧均有备用接线，若在某环节出现故障的时候，可利用备用接线，确保供电系统的正常运行。

结束语：

随着现在城市人口数量增长迅速，尤其是一些大城市，为了减轻城市的交通负担，引进了地铁、轻轨等设施。通过对现有地铁供电系统继电保护方案的研究，对供电系统的保护方案进行相应的优化，并明确规范出相间电流保护等，从而致使其能符合地铁供电系统的运行。同时在设置相应的保护方案的过程中，还应通过科学化的检测确保保护方案的可靠性，进而保证供电系统继电保护方案可以被大力推广实施。

参考文献：

[1]贺家李.电力系统继电保护原理．北京：中国电力出版社，2014.06.

[2]曹毅峰.牵引变电所集成保护方案研究．西南交通大学，2016.09.

[3]施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用.供用电，2011.06.

[4]李斌冰.简析地铁供电系统电流选跳保护及方案优化.科技创新与应用，2017.08.

[5]彭双岩.带负荷测试引起变压器差动保护的分析.机械管理开发，2010.02.