地鐵大分區供電方式下的保護方案研究

商曉峰

摘要：本文將結合筆者參與的無錫地鐵1，2號線的供電系統設計，結合目前主要的繼電保護裝置，總結出一些關于大分區供電保護方案的經驗，并提出一些探索性的建議與看法。

關鍵詞：無錫地鐵;供電;方式;可靠性

目前，我國城市軌道交通建設進入高速發展時期。城軌供電系統作為城市軌道交通正常運行的重要保障系統，歷來受到各方重視。城軌環網作為城軌供電系統的主動脈，其穩定運行直接關系著城市軌道交通的正常營運。城軌環網建設歷經了從小分區到大分區的階段，無錫地鐵1，2號線也采用了大分區供電方式。大分區供電方式相較于小分區供電方式而言，可以減少環網電纜的敷設，一方面減少電纜敷設空間，另一方面可以節省電纜投資，因而在新建線路中受到各方普遍的認可。大分區供電方式下，一路進線在正在情況可以帶4～5個變電所，在越區供電時，則可能帶多至8～10個所。在這種情況下，傳統的過流保護方案，不能很好的滿足保護方案的選擇性要求。因此，近年來對于大分區供電方式下，新型保護方案的研究日趨受到重視。

1、方案原理

通過分析典型軌道交通供電系統接線方案可以發現：通過檢測對比同一段母線上，進出線回路的電流，來確定故障區域。利用該特點，并結合保護裝置的閉鎖過流邏輯功能，從而實現大分區下過流保護的選擇性。其具體實施方案如下所述。

1.1、保護配置方案

環網進線或出線的保護配置如下。

（1）縱差保護裝置（GC）：線路縱差保護。

（2）微機測控保護裝置（ZB）：過流保護（設置3段），零序過流保護（設置3段）。

饋線配置微機測控保護裝置（ZB），設置過流保護，零序過流保護，饋線失靈保護。

結合時限，具體配置如下：

無錫地鐵2號線供電系統保護配置實例

假定上級進線電源后備保護時間為1.2s，對于地鐵站進出線而言，縱差保護始終開放，微機測控保護裝置作為后備保護，設置三段過流保護，時間設置分別為0.4s、0.8s、1.0s。正常情況下，I段、II段過流保護被閉鎖，III段保護永久開放。定義閉鎖信號：x。當進、出線回路差動未啟動且有故障電流時，定義x=1，其余情況x=0。僅當本間隔的保護裝置x=1，對側間隔（同一母線的另一間隔）的保護裝置x=0時，方能解鎖本間隔保護裝置I段過流。

當縱差保護保護裝置有一臺退出運行時，則開放本間隔微機保護裝置II段過流。

1.2保護動作分析

對于35kV供電系統可能出現的故障，本文歸結為5個點，分別為區間故障點A，站內母線故障點B，饋線故障點C，母聯合閘運行時，站內另一段母線故障點D，區外故障點E。當上述故障點，發生故障時，對保護動作做如下分析：

1.2.1? 所有保護裝置及光纖通道正常情況下

（1）故障點A，即區間發生電纜故障

3斷路器后備保護I段（3#x=1，4#x=0）和III段運行，2斷路器后備保護I段（光差遠傳）和III段運行;正常情況下差動跳0秒開4、5號斷路器，2、3后備過流保護I段作為4號斷路器失靈后備保護;如果4號斷路器失靈，2、3后備過流保護I段同時跳開切除故障。

（2）故障點B，即站內母線發生故障

3斷路器后備保護I段（3#x=1，4#x=0）和III段運行，2斷路器后備保護I段（光差遠傳）和III段運行;3、2號斷路器過流I段0.4s同時切除故障;如果3號斷路器失靈，2也同時跳開切除故障。

（3）故障點C，即饋線發生故障

3斷路器后備保護I段（3#x=1，4#x=0）和III段運行，2斷路器后備保護I段（光差遠傳）和III段運行;J斷路器0.2s切除故障;如果J斷路器失靈，2、3后備過流保護I段同時0.4s跳開切除故障。

（4）故障點D，即母聯合閘運行，系統的故障分析

當母聯合閘運行的時候，同時判斷功率流向為正方向時（即通過母聯向下級站供電），動態將過流I段延時抬高至0.6s;母聯合閘瞬間開放母聯充電保護，經一定延時后退出;3斷路器后備保護I段（3#x=1，4#x=0）和III段運行;2斷路器后備保護I段（光差遠傳）和III段運行;3斷路器過流I段延時經0.6s切除故障;如果3斷路器失靈，2同時跳開切除故障。

（5）故障點E，即外部故障

此時進出線的x=1，由另外站（判斷為站內故障的站）的保護裝置實現過流I段加速。本站過流I段閉鎖。

2、對繼電保護裝置的要求

采用本文所描述的方案，繼電保護裝置除具有常規要求的各種功能外，還須滿足以下要求。

1）縱差保護裝置：具有常規的分相差動保護功能及簡單的過流后備功能，具備一定的可編程邏輯能力，能夠提供裝置故障硬接點輸出信號。

2）進或出線微機綜合保護測控裝置：能夠提供定時限過電流、零序過電流保護，且每種保護提供4個以上相互獨立的電流元件;每個元件應具有至少3個獨立整定值組，以適應不同的運行方式，定值組可通過當地或遠方進行切換;每個電流元件均可由外部光隔輸入信號啟動或閉鎖;保護裝置應具有不經延時的硬接點輸出，且該輸出接點可由用戶進行定義;保護裝置需具有較強的邏輯可編程能力。

3、可靠性分析

該方案的關鍵點在于裝置邏輯閉鎖保護功能的可靠性，準確判斷進出線x=1或0的情況。從保護裝置來看，目前各進口或合資品牌的保護裝置均均具備此功能;該方案在其他行業也有應用，運行情況良好;目前已經開通的無錫地鐵1、2號線均采用了該方案。

4、結語

綜上所述，通過靈活應用微機保護測控裝置的邏輯可編程功能及閉鎖過流邏輯功能，可以較好地解決大分區供電方式下，保護選擇性配合困難的問題，基本不增加系統投資，即將開始建設的無錫地鐵3號線供電系統也擬采用本文所述方案。