試論地鐵供電系統(tǒng)中二次保護方案的設計與應用

關曉冬

（哈爾濱電氣集團阿城繼電器有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 50300）

在目前社會發(fā)展中，地鐵建設已成為交通運輸行業(yè)的核心所在，也是解決現(xiàn)有交通問題的首選方法。地鐵在應用的過程中已成為建設工作的重點，更是以節(jié)省資源、節(jié)約能源為主的一種綜合性工作模式，其對于社會生產(chǎn)力和國民經(jīng)濟的發(fā)展有著至關重要的作用與意義。就當前社會發(fā)展分析，地鐵已成為城市現(xiàn)代化建設的主要象征，其存在也折射出一個城市的文化底蘊和現(xiàn)代化建設進程。目前，我國各大城市都已經(jīng)出現(xiàn)了地鐵的身影，如同精靈一樣穿梭在城市地下的各個角落，為人們工作和生產(chǎn)帶來了便捷的發(fā)展優(yōu)勢。但是，在目前的地鐵設計工作中，也存在著極為關鍵的問題，即供電系統(tǒng)設計方式。一個良好、高效的供電系統(tǒng)對于保證地鐵運行效率至關重要，同時對于促進地鐵事業(yè)的發(fā)展也有著舉足輕重的作用。

1 地鐵概述

1.1 地鐵概念

地鐵也被人們統(tǒng)稱為地下鐵道，是一種地下鐵路運輸形式。目前我們常說的地鐵主要指的是以地下運行為主的鐵路運輸系統(tǒng)或者捷運系統(tǒng)。一般來說，地鐵工程項目中，由于其是一種處于地下的工程模式，因此其這一特性的存在就決定了其在建設工作中是一個復雜而又投資極大的工作模式。地鐵中間的隧道建設中是一種規(guī)模相對簡單的工作模式，這就造成了在設計工作中，工作人員將設計重點和工作目標主要置放在車站的設計中。對于這種工程設計控制，其首先的解決措施與應對策略就是在工作中，對于大客流集散點是按照多層式來進行設計的，一般來說，在設計中車站是一種單層式的模式，這就要求在設計的過程中嚴格的控制車站各方面設備與用房面積的管理，從而使得車站的空間布置更加合理、更加緊湊。

1.2 地鐵供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是地鐵工作中的重要組成部分之一，其在工作中一般都可以將其分為以下幾部分：首先是有外部電源；主變電所等設備構成的，其次是利用各種系統(tǒng)原理和工作方案構成的一種綜合性管理模式，其也是整個供電系統(tǒng)中的關鍵部分，最后是監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在目前的地鐵工作中發(fā)揮著至關重要的作用與優(yōu)勢，也是整個工程施工的核心問題。

地鐵供電系統(tǒng)作為地鐵工作的動力之源，是負責列車行駛和動力照明的關鍵所在。對于一個系統(tǒng)的運行情況而言，其在工作的過程中是利用電源系統(tǒng)來綜合的進行控制和管理，針對其在工作中存在的各種問題都進行全面系統(tǒng)的分析。一個高效、科學的供電系統(tǒng)不僅能夠有效的保證地鐵運行的安全、可靠和穩(wěn)定，還要保證地鐵工作的經(jīng)濟和節(jié)能要求。地鐵作為一種運量大、密度高的交通工具，其在運行的過程中對于安全的要求也較高，因此在工作中實施全面、系統(tǒng)的管理和優(yōu)化措施就顯得十分重要，這對于促進地鐵事業(yè)的發(fā)展有著極為關鍵的作用與意義。

2 供電系統(tǒng)保護的實例應用

2.1 35kV供電系統(tǒng)繼電保護的設計方案

35kV系統(tǒng)繼電保護配置方案：某地鐵供電系統(tǒng)采用的是集中供電方式，兩級電壓制，交流供電系統(tǒng)采用35kV等級電壓供電，環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運行。35kV供電系統(tǒng)中性點采用小電阻接地方式。35kV系統(tǒng)設置繼電保護與自動裝置的配置方案如下：(1)35kV進、出線電纜(線路光纖差動保護、過流保護、零序電流保護)。(2)35kV母聯(lián)(限時電流速斷保護、零序電流保護)。(3)35kV母聯(lián)備自投（自動裝置）

2.2 保護原理分析

2.2.1 線路光纖差動保護。縱聯(lián)差動保護的動作原理是計算被保護區(qū)內線路流入流出電流之差，當電流超過門檻值時，保護動作，切除故障。差動算法經(jīng)過長期的檢驗，可保證對區(qū)內故障進行快速檢測，對區(qū)外故障保持穩(wěn)定。對于區(qū)外穿越性故障采用比例制動技術，避免保護的誤動作。同時，光纖縱差保護使用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在兩端可以通過光纖直連、MODEM連接或通過多路復用系統(tǒng)連接，保障了抗干擾性能，在提高了保護的靈敏性的同時，保證了準確性。基于保護比較線路兩端電流的大小和相位來實現(xiàn)。因此，需在線路兩側側裝設電流互感器，電流互感器的CT變比需盡量保持一致，在無法保證一致的情況下，需進行變比補償。補償電流值應盡可能地接近繼電器的額定電流值，從而提供最優(yōu)繼電器靈敏性。線路兩側電流互感器之間的線路為縱差保護的保護區(qū)。

一般來講，計算線路兩端的差動電流，必須保證從線路兩端得到的電流采樣值是同步的。可以通過采樣時間同步實現(xiàn)。或者通過連續(xù)計算線路兩端的傳播實現(xiàn)。現(xiàn)行地鐵運行繼電保護大多采用后者。

2.22 過流保護與限時電流速斷保護。電力系統(tǒng)的線路或元件發(fā)生故障時，故障點越靠近電源，短路電流越大。利用這一特點，可構成電流保護。對于僅反應電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。它的保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大，不可能保護線路的全長；為了保護線路全長，通常采用略帶時限的電流速斷與相鄰線路的速斷保護相配合，其保護范圍包括本線路的全部和相鄰線路的一部分。其時限比相鄰線路的速斷保護大△t。過流保護是按躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置，可作為本線路和相鄰線路的后備保護，定時限過流保護的動作時限比相鄰線路的動作時限均丈至少一個△t。

2.3 35kV母聯(lián)備自投（自動裝置）

地鐵運行變電所采用單母分段運行方式，正常情況下母聯(lián)斷路器為斷開狀態(tài)，當兩段母線中任一段失電后，投入母聯(lián)斷路器，保證正常運營。備自投工作須受遠方集控中心控制，根據(jù)實際運行方式進行投退。

3 35kV設備的選型

地鐵35kV設備采用的多是ABB及施耐德的產(chǎn)品，主要型號為SM6及KYN28等。主要參數(shù)及結構相差不大。柜體均采用三相共箱的柜式結構，額定電壓達40.5kV，額定電流可達500A，額定短路開斷電流31.5kA。開關柜由5個獨立的隔室組成，分別是母線室、斷路器室、電纜宅和控制小室及泄壓通道，其中母線室和斷路器室是獨立的充以SF6氣體的密閉氣室。

4 其它設備

地鐵變電所一般含有以下設備：整流變壓器、動力變壓器、牽引變圧器。根據(jù)運行方式采用不同的保護配置。同時，每個變電所均有自己獨立的直流供電系統(tǒng)。

結語

本文結合常規(guī)地鐵供電中的35kV系統(tǒng)的保護設計方案，對35kV設備繼電保護的原理特性進行分析，其目的是在35kV設備選型過程中，確保采用的二次保護方案符合地鐵系統(tǒng)的供電特點，起到應有的電氣保護功能。同時所選用的微機保護配置方案，更合理和簡潔高效。為新線建設提供合理化的建議，節(jié)省空間和運營成本。

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[2]張霞.西安地鐵2號線一期工程供電系統(tǒng)簡析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2010(5).