簡(jiǎn)析地鐵供電系統(tǒng)電流選跳保護(hù)及方案優(yōu)化

李斌冰

摘 要：電流選跳保護(hù)是基于計(jì)算機(jī)和電子信息技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型速動(dòng)保護(hù)，當(dāng)?shù)罔F供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，通過(guò)對(duì)故障信息的分析、判斷，實(shí)現(xiàn)有選擇性的快速跳閘，從而有效防止了問(wèn)題的擴(kuò)大化。目前，電流選跳保護(hù)方案已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各地區(qū)地鐵站得到了廣泛應(yīng)用。文章首先概述了電流選跳保護(hù)的工作原理，隨后對(duì)地鐵供電系統(tǒng)中保護(hù)配置進(jìn)行了分析，最后在分析電流選跳保護(hù)應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了具體的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：地鐵；供電系統(tǒng)；電流選跳保護(hù)；方案優(yōu)化

1 電流選跳保護(hù)的工作原理

1.1 環(huán)網(wǎng)選跳保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理

線路兩側(cè)的進(jìn)出線均設(shè)有電流選跳保護(hù)裝置，運(yùn)行中電纜兩側(cè)的保護(hù)裝置各自檢測(cè)本側(cè)是否有過(guò)電流，通過(guò)二者之間的光纖通信電纜，將是否有過(guò)電流的信號(hào)通知給對(duì)方。電流選跳保護(hù)收到對(duì)方的信號(hào)后在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)線路兩端是否同時(shí)流過(guò)故障電流判斷出區(qū)內(nèi)或區(qū)外范圍故障，確定是否跳閘或閉鎖跳閘。

1.2 母線選跳保護(hù)原理

當(dāng)母線發(fā)生短路故障時(shí)，在與母線連接的所有進(jìn)出線、饋線只有一路進(jìn)線存在短路電流，將這些保護(hù)裝置聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各裝置的信息共享或相互“通知”，經(jīng)過(guò)比較、判斷，確定故障區(qū)段而快速跳閘，實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)功能。

2 地鐵中壓供電系統(tǒng)及保護(hù)配置分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各地區(qū)紛紛投資建設(shè)地鐵，為了降低地鐵綜合造價(jià)以及環(huán)網(wǎng)電纜投資，業(yè)內(nèi)通常采用“大分區(qū)”供電方案，為了給地鐵運(yùn)行提供充足的電力，每個(gè)分區(qū)內(nèi)變電所的數(shù)量也相應(yīng)增加，從原來(lái)的3個(gè)增加至6個(gè)以上。

2.1 傳統(tǒng)保護(hù)配置方案

地鐵供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)每個(gè)35（33）kV進(jìn)、出線傳統(tǒng)保護(hù)配置方案：光纖線路差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流和零序過(guò)電流保護(hù)為后備保護(hù)。以上保護(hù)配置方案可做到對(duì)各種常見短路故障的可靠保護(hù)，但上述保護(hù)配置存在一定的局限性和不足，尤其在大供電分區(qū)中顯得更為突出。

2.2 傳統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)的不足

首先，為了保證母線運(yùn)行安全，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，在35kV變電所中配置母線保護(hù)。但是在實(shí)際工作中，出于價(jià)格成本考慮，并沒(méi)有對(duì)母線進(jìn)行專門保護(hù)。如圖1所示，在這種情況下，電壓互感器直接插在母線上，容易出現(xiàn)短路故障，對(duì)開關(guān)柜母線造成嚴(yán)重的危害。

其次，后備保護(hù)中，過(guò)流保護(hù)的速動(dòng)性和選擇性之間難以做到平衡與協(xié)調(diào)。在過(guò)流保護(hù)中，如果要想確保保護(hù)動(dòng)作的快速性，就必須要犧牲選擇性。例如，地鐵供電系統(tǒng)中的故障源距離變電所越近，那么所產(chǎn)生的短路電流就越大，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)盡快切斷電源。但是在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，為了保證選擇性，過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不利于故障問(wèn)題的及時(shí)控制。如圖2所示。

3 電流選跳保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

雖然電流選跳保護(hù)結(jié)合了信息化技術(shù)，但是從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)仍然屬于過(guò)電流保護(hù)，與傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)相比，電流選跳保護(hù)既有自身獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也存在許多亟待改進(jìn)的地方。

3.1 優(yōu)點(diǎn)

首先，電流選跳保護(hù)能夠在故障發(fā)生的第一時(shí)間，迅速判定故障發(fā)生的精確位置，從而有效避免了故障的擴(kuò)大化。同時(shí)，根據(jù)信息分析實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘，動(dòng)作時(shí)間一般維持在40ms左右，解決了傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)中速動(dòng)性與選擇性的矛盾。其次，差動(dòng)保護(hù)雖然動(dòng)作時(shí)間與電流選跳保護(hù)類似，但是差動(dòng)保護(hù)容易出現(xiàn)光纖信號(hào)異常、斷路器扭動(dòng)等問(wèn)題，而電流選跳保護(hù)則具備后備保護(hù)功能，即便是出現(xiàn)上述問(wèn)題，也能夠保證正常跳閘動(dòng)作。再次，電流選跳保護(hù)的保護(hù)范圍具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，不會(huì)受到供電分區(qū)的大小以及其他因素的影響，滿足現(xiàn)階段大分區(qū)環(huán)網(wǎng)接線的供電環(huán)境。最后，電流選跳保護(hù)的覆蓋范圍較廣，除了對(duì)環(huán)網(wǎng)電纜進(jìn)行保護(hù)外，還能夠?yàn)殚_關(guān)柜母線提供保護(hù)，確保了整個(gè)地鐵供電系統(tǒng)的安全。

3.2 缺點(diǎn)

第一，電流選跳保護(hù)雖然動(dòng)作較快，但是要想達(dá)到啟動(dòng)條件，還需要借助于其他輔助裝置。例如，一般狀況下只有同時(shí)滿足“裝備故障、信號(hào)異常、斷路器扭動(dòng)”三種條件時(shí)，才能夠啟動(dòng)保護(hù)作用，在一定程度上降低了電流選跳保護(hù)的可靠性。第二，電流選跳保護(hù)的啟動(dòng)電流是根據(jù)線路額定負(fù)荷電流來(lái)確定的，但是在地鐵供電系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下，電流值低于最大負(fù)荷電流，因此電流選跳保護(hù)的靈敏度也要低于差動(dòng)保護(hù)。第三，為了確保變電所內(nèi)各部分裝置之間能夠做到信息互通，必須用導(dǎo)線將各個(gè)裝置進(jìn)行并聯(lián)。這就導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)接線口數(shù)量較多，給正常的檢修工作帶來(lái)了困難。

4 電流選跳保護(hù)的優(yōu)化方案

在辯證分析電流選跳保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)之后，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出了針對(duì)電流選跳保護(hù)的優(yōu)化方案，具體如下。

第一，在“大分區(qū)”供電系統(tǒng)中，杜絕以往采用單一保護(hù)的方案，而是綜合各種保護(hù)方案的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、選跳保護(hù)以及限流保護(hù)的多層次結(jié)合。這樣一來(lái)，能夠最大限度的避免單一保護(hù)方式所存在的局限性，從而極大的提高了供電系統(tǒng)保護(hù)的安全性。第二，由于地鐵供電系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此部分情況下會(huì)出現(xiàn)多處故障同時(shí)發(fā)生的情況。當(dāng)兩處及以上故障同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，處理器通過(guò)信息分析和優(yōu)先級(jí)判斷，確定優(yōu)先保護(hù)方案，從而首先解決危害性較大的故障問(wèn)題，隨后處理優(yōu)先級(jí)別較低的問(wèn)題。第三，如果差動(dòng)裝置和通信裝置出現(xiàn)問(wèn)題，則需要選跳保護(hù)啟動(dòng)本地?cái)嗦菲魈l。如果是斷路器和差動(dòng)裝置出現(xiàn)問(wèn)題，則需要由本地選跳保護(hù)的后備保護(hù)啟動(dòng)上級(jí)短路器跳閘。

5 結(jié)束語(yǔ)

開展“大分區(qū)”環(huán)網(wǎng)接線建設(shè)是地鐵供電系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)，具有建設(shè)成本低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。其中，電流選跳保護(hù)作為一種集合了計(jì)算機(jī)等多種現(xiàn)代科技的地鐵供電系統(tǒng)保護(hù)方案，能夠有效解決傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中的普遍問(wèn)題。但是通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用也發(fā)現(xiàn)，電流選跳保護(hù)由于通訊方式、保護(hù)原理等因素的影響，仍然存在一些弊端，需要相關(guān)的管理人員結(jié)合實(shí)際，在綜合分析的基礎(chǔ)上，不斷實(shí)現(xiàn)電流選跳保護(hù)的方案優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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