浅析轨道交通交流35kV系统常见保护故障

浅析轨道交通交流 35kV 系统常见保护故障

黄伟

天津三号线轨道交通运营有限公司 天津 300000

摘要：目前，我国城市发展十分迅速，城市轨道交通供电系统是轨道交通系统重要组织部分。它不仅为轨道交通列车提供电能，也为各车站及区间提供动力照明用电。为防止供电系统故障对轨道交通运营造成影响，保障供电系统安全可靠，配置各类继电保护装置。本文以某城市轨道交通线路供电系统为例，分析交流35kV中压开关保护配置情况，并结合典型故障案例，提出改进措施。

关键词：轨道交通；供电系统；交流35kV开关；继电保护

1.引言

城市轨道交通作为城市交通的重要组成部分，保证其持续稳定可靠供电是电力相关部门的首要任务。若供电系统出现跳闸故障，将直接影响轨道交通列车正常运营。轨道交通供电系统一般采用集中供电方式，两级电压制，交流供电系统采用35kV等级电压供电，35kV供电系统中性点采用小电阻接地方式。中压采用交流35kV GIS中压开关，主要由真空断路器、三工位隔离开关及其操动机构和测量设备、继电保护装置等组成，设置光纤差动保护、定时限速断保护、过流保护、零序电流保护、母联备自投保护等。

2.交流35kV开关

交流35kV开关柜主要由SF6气体绝缘开关柜本体、真空断路器、三工位开关、电流电压组合式传感器、开关柜保护和控制单元等组成。35kV GIS开关柜一般采用单母线供电方式，因此除母联柜外其它35kV开关柜全部只用其中的一个母线室。这种开关柜最大特点就是SF6气体绝缘，其绝缘性能好，开关柜更为紧凑，体积小。

3.交流35kV开关的保护配置

交流35kV中压系统的保护包括差动保护、过流保护、零序保护、母联备自投保护等。具体保护情况如下:

3.1差动保护

35kV交流进出线开关设置差动保护。差动保护主要用于是利用光纤传送信息，比较线路两侧流过电流的幅值和相位的关系。差动保护的原理是环流法，即在线路两侧装有相同变比的电流互感器，两侧互感器的同极性端子相连接，保护装置接在差流回路内。它的保护范围，就是两侧电流互感器所包围的范围，在保护范围以外的短路时，差动保护不会动作。

3.2过电流保护：

过电流保护一般是按避开最大负荷电流这一原则来整定的。过电流保护包括定时限过流保护和反时限过电流保护两种形式。

定时限过电流保护

为了实现过电流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行整定。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间时恒定不变的，与短路电流的大小无关。具有这种动作时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。

反时限过电流保护

动作时间随短路电流的增大而自动减小的保护称为反时限过电流保护。使用在输电线路上的反时限过电流保护，能更快地切除被保护线路首端的故障。

3.3零序电流保护：

零序电流保护用于系统中性点经小电阻接地的电力系统。零序电流保护、速断保护、过电流保护统一由一套微机综合保护装置来实现，不设单独的零序电流互感器。通过过电流保护、速断保护用的电流互感器采集电流信号接入微机综合保护装置，由保护装置经过程序运算得出零序电流。

3.4母联备自投保护：

正常情况下，35kV两路进线电源分别单独给两段母线提供电源，母线分段开关在分闸状态。当一路进线电源失电时，备用电源备自投装置启动，经一段时间延时后，作用该进线开关失压跳闸，作用母线分段开关合闸，此时，由另一路进线电源继续供电。

4.交流35kV开关保护故障分析

4.1故障案例1（差动保护故障）

1）故障情况

某轨道交通线路，主变电所其中一回开关差动保护连续出现三次动作跳闸，并联跳下端变电所进线断路器，35kV母联备自投动作失败。

2）原因分析

差动保护动作原因：主变电所某出线回路C相电缆中间接头绝缘破坏，电缆中间接头对地放电，当电流流经故障点并增大至差动保护定值后动作跳闸并联跳下端进线开关。

35kV母联备自投动作失败原因：母联备自投启动保持时间（54毫秒左右）小于备自投判断故障母线无压时间（848毫秒左右），35kV母联备自投逻辑条件不满足。

3）改进措施

对故障处电缆中间接头进行更换，并加强全线环网电缆特别是中间接头的巡查。将35kV母联备自投启动时间信号改为保持2秒，并在带电情况下进行备自投功能验证。

4.2故障案例2（零序保护故障）

1）故障情况

某轨道交通线路多变电所中压开关零序过流保护动作跳闸。

2）原因分析

零序电流产生原因：故障变电所母联开关B相真空罩绝缘不良，送电人员在处理母联隔开故障时合上接地刀闸，使35kV Ⅰ段母线B相通过接地刀闸接地，而产生零序电压及零序电流（电缆电容电流+小电阻短路电流）。

因为故障变电所35kV母线B相接地，则故障回路产生零序电流，I0=Id+Ir=3Ic+Ir；非故障回路零序电流I0=Id=3Ic（所有均为矢量，电容电流Ic为全系统电容电流）。

图一 零序网络示意图

根据估算公式Ic=[(95+1.44S)/(2200+0.23S)]Un×L，式中S表示电缆截面积，mm²；L表示电缆长度，km；此次故障回路电缆长度约12km,电缆截面积95 mm²，计算正常运行情况下电缆电容电流约44A。由于B相接地，总电缆电容电流达到132A。

多变电所零序保护乱跳原因：各变电所35kV开关零序保护整定值设定不合理。1）针对故障回路，各回路定值无级差，不能形成分段保护。2）针对非故障回路，无零序功率判断元件，未设置零序保护方向判断。若是增加零序保护方向判断则非故障回路开关零序保护均不会动作。

3）改进措施

对3号线全线35kV开关零序保护整定电流值及延时进行调整，要形成级差可以分段保护。同时，重新审核各线路零序保护整定值，要充分考虑线路电缆电容电流。

5.结束语

本文结合轨道交通线供电系统中的35kV中压的保护控制方式，对各保护的原理特性进行分析，深入分析交流35kV开关的控制保护原理，有针对性采取检修措施和相关对策，积累相关的运营经验，对确保轨道交通供电系统的正常稳定运行具有重要的意义。同时，结合运营中发生的故障案例，总结出相应的改进措施，为今后的轨道交通新线供电系统稳定运营提供有利支撑。

参考文献

[1]于松伟杨兴山韩连祥.城市轨道交通供电系统设计原理与应.ISBN:9787811048506.

[2]王开源.一种城轨环网供电继电保护配置方案[J].城市轨道交通研究.2010(12).