淺析地鐵供電系統繼電保護整定配合

皋福有

摘 要：地鐵系統運行過程中供電系統決定其整體的穩定性及安全性，因此對列車安全運行起到關鍵作用。在進行實際運行及監測工作時，一定要保證機電系統的性能，從而能夠及時判斷地鐵供電系統故障，給出正確的解決方案，并快速實施解決問題。本文主要對地鐵供電繼電保護系統的運行特點及相關保護系統類型進行分析，并對供電線路、變壓器等電器元件進行介紹，通過分析相關技術對繼電保護整定配合進行完善及改進，從而提升繼電保護系統的工作狀態。

關鍵詞：地鐵供電系統；繼電保護；變壓器；整定配合

由于地鐵運行的特殊性決定了地鐵供電系統的工作重要性，這就對繼電保護裝置提出了更高的要求，需要能夠更加準確可靠的實現對供電系統的保護。在實際運行過程中需要結合實際情況完成繼電保護裝置整定計算，并在現有基礎上降低整定誤差，從而提升工作效率及地鐵運行的安全性。

一、地鐵繼電保護系統的運行特點

由于地鐵的運行特點，決定了地鐵供電系統各個變電站之間的距離都比較短，站臺與站臺之間的距離一般不會超過3公里，因此運用一般線路的繼電保護裝置不能夠及時給予地鐵供電系統安全保護。運用到地鐵供電系統中的保護裝置必須使主變壓器能夠滿足地鐵運行高峰時期的要求，并且在單臺主變壓器發生故障退出運行時，其中另外一臺變壓器能夠提供整條線路的可靠供電工作。列車運行的主變壓器接法不同于普通生產生活供電，其主要選擇Y/△的接法，如果在運行過程中地鐵供電系統發生短路故障或者單項接地故障，就會使得供電系統運轉不穩定，因而影響其正常工作。一般情況下地鐵供電系統發生接地故障，就要依靠繼電保護裝置來切除故障。常用的地鐵繼電保護設備從結構功能上劃分主要有三個單元：即數據測量單元、邏輯判斷單元以及執行單元。繼電保護系統工作時就需要這三個單元之間實現相互配合實現供電系統保護的目的。

二、地鐵供電系統保護

由于地鐵運行的特殊性，因此地鐵的牽引線路供電系統的結構也比較復雜，其正常運轉需要涉及許多方面的保護內容，其中較為重要的內容就是電流的速斷保護與限時電流速斷保護。一般情況下很難實現對地鐵供電系統的現場實際測試，因此需要采取建模或者仿真的模式對供電系統繼電保護裝置的運行狀況進行測試及故障診斷，從而進一步優化系統運行。

1、供電系統短路的保護分析

如果地鐵運行過程中發生了相間短路，那么可以采用電流速斷保護或者過電流保護，如果所使用的系統不支持帶時限切除短路故障時，就需要設置無時限的速斷保護裝置。如果地鐵供電系統的繼電保護采用無時限的電流速斷保護不能夠進行選擇性動作，那么還是應該選擇帶時限的速斷保護。而當兩者都不能夠滿足繼電保護的要求時，就需要選擇線路縱聯差動作為主要保護途徑，運用過流保護進行輔助工作。在出現接地短路情況時，可以選擇零序電流保護，其工作原理是運用接地時所產生的零序電流進行保護動作，這種保護動作在運用過程中一般被當做輔助保護功能。由于地鐵供電系統所采用的是Y/△的接入辦法，因此就需要單獨制造出一個中性點來進行接地保護，這種制造中性點的辦法能夠使地鐵供電系統在發生單項或者兩項接地短路時自動進行保護動作。

2、牽引供電系統保護

這種供電系統保護主要分成兩類，即牽引整流機組保護和直流牽引保護。其中的牽引整流機組保護主要是針對變壓器一側短路而進行的速斷保護裝置，而針對變壓器的二次側短路以及直流母線短路就需要過流保護發生作用。在實際運行環節還應對牽引變壓器和整流器設置本體的超溫保護，其中硅原件的設置需要按照整流器的需要而靈活設置。引起供電系統中的直流設備框架保護系統啟動程序后，系統相關的整流機組開關以及直流開關會自動對供電系統進行隔離操作。這里所運用的直流牽引保護有兩種，即直流進線保護和直流饋線保護，前者啟動保護功能時主要是對系統自身的大電流脫扣進行本體保護，或者進行逆流保護及其他設備的聯跳保護。而后者啟動保護工作則針對的是大電流脫扣、電流變化率、增量保護、線路故障測試及自動重合閘、熱過負荷保護以及雙邊聯跳保護。

三、主變壓器的常見保護

城市軌道交通的主變壓器基本上都是雙繞組變壓器，變壓器常見的內部短路故障包括相與相繞組之間的短路，單相繞組短路和匝間短路，外部變壓器故障包括變壓器各相引出線之間的相間短路和單相引出線經過外殼之間的短路。變壓器常見的電量主保護為縱聯差動保護、非電量主保護中是用瓦斯保護并輔以油溫、油位等保護。目前地鐵主變壓器繼電保護配置的是電流速斷、過負荷和過電流保護。電流保護有很多優點，其中最大的優點就是反應迅速能夠快速的對系統和本身的故障做出反應，以便及時的得到故障信息，但是也有缺點那就是信號識別能力比較差，一般無法識別大容量變壓器產生的暫時狀態下的勵磁涌流信號而造成誤動。縱聯差動保護具有很高的靈敏度，故對變壓器的主保護可以采用縱聯差動保護，采用過電流保護，零序過電流保護、和反時限過電流保護作為后備保護可以更好地使主變壓器穩定運行。

1、相間短路問題的處理

如果發生相間短路故障，主要采用的是縱聯差動保護作為主要保護動作，該項保護動作速度靈敏、反應較快，而且選擇性比較自由。對其配合的輔助保護動作可以采取過電流保護，這種輔助保護對實現配合及靈敏度要求都能夠滿足要求，因此配合縱聯差動保護效果較好。

2、接地保護的處理

在實際運行過程中接地保護對主要保護動作采用的是分相電流差動保護，由于供電系統對變壓器的性能要求較高，因此在選擇輔助保護動作時需要運用的是零序過電流保護系統，能夠較好地滿足系統對實效及速度的要求，從而保證地鐵供電系統安全可靠運行。

四、特征量的選取

地鐵的安全運行必須要求繼電保護系統的安全穩定運行，因此需要時刻監控供電系統的運行狀態，監測過程主要是對反饋的電流信號進行處理，從而自動進行識別及分類，這個過程中需要對傳輸的電信信號特增量進行提取，通過提取遠程探頭或者終端電信號來對有用信息進行分析，從而執行相應的動作。

五、直流保護配合

地鐵車輛起動時的電流是對牽引供電系統直流側正常運行最大的電流，各個保護整定值的設定以車輛的啟動電流為參考值，所以準確的計算出車輛起動時的最大電流以及電流上升率對繼電保護配合設計是十分重要的。現在的地鐵車輛電力傳動方式是交流傳動，交流傳動系統中又包括了牽引電機，逆變器和輔助電器。

六、交流短路故障的分析

準確判斷交流短路故障電流產生機理和變化特征是判斷系統穩定的基礎。因為現有的地鐵條件無法實現現場實際短路試驗，所以可以用建模和仿真的方式對其進行條理性的分析。交流側短路故障包括相間短路、單相接地短路和變壓器內部匝間的短路等。掌握各種工況的電流波形是實現研究繼電保護的基礎。

結論：地鐵系統運行能夠緩解城市交通緊張問題，因此其運行狀態及安全速度等性能決定了城市交通的運行狀況。由于技術的進步及對運載能力的需求量不斷增加，使得地鐵行業不斷研發提升運載能力及速度的方式，然而由于地鐵自身運行的特點，對供電系統及繼電保護系統提出了更高的要求。需要針對自身的缺點不斷增加其系統的安全性及穩定性，增加各個系統之間的整定配合工作，從而降低故障幾率，提升故障解決實效。

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