地鐵供電系統繼電保護初探

王學振

摘要：近年來隨著人均消費能力的不斷提升使得大多數的人都成為有車一族，購車為自己的出行提供了極大的便利，但是人人有車的情況使得城市交通更為擁擠，特別是在早高峰期和晚高峰期的時候，水泄不通，極大程度上延長了人們的出行時間，在經濟水平相對發達的城市，擁擠情況更為嚴重。許多人為了自己上學或者上班不遲到，反而會采用地鐵出行的方式，但是因為人流量相對密集，因此地鐵發車時間的間隔在不斷地減小，在一定程度上增加了地鐵運行的壓力。現今大多數地鐵站都是高負荷運作的狀態，高負荷的運作狀態對地鐵的供電系統提出了更高的要求，所以地鐵供電系統繼電保護尤為關鍵。本文深入研究地鐵供電系統繼電保護，從地鐵供電系統繼電保護基本原理入手，首先闡述交流中壓系統繼電保護，隨后敘述直流牽引系統繼電保護，以期為相關研究學者提供借鑒和參考。

關鍵詞：地鐵;供電系統;繼電保護

中圖分類號：TP271+.83? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0288-02

現今地鐵站的供電系統大多為牽引供電系統，牽引供電系統是由多個電氣設備以及傳輸線路組成的供電系統，并且各個電氣設備之間存在密切的聯系，還可以相互的影響，如果其中的某個位置出現故障的時候，周圍的電氣設備也會受到影響，不能正常的運轉，對遠端設備造成的影響可能是縮短電氣設備的使用壽命，因此繼電保護尤為重要。有效的繼電保護設備能夠及時地發現電流的不穩定狀態，并且迅速地切除對故障點供電以消除短路電流，從而對其他的電子設備提供有效的保護。地鐵站供電系統的繼電保護就是對整個供電系統中的每個部位進行有效的保護，當某一個部位發生故障的時候，繼電保護裝置就會立即啟動，并且采取相應的措施做出相應的保護動作，為整個供電系統的正常運營提供有效的保障。

1 地鐵供電系統繼電保護基本原理

繼電保護系統隨著供電系統的發展而發展，主要的發展階段有三個，第一階段是機電式保護，第二階段是電子式靜態保護，第三階段是微機保護。從1980年開始，我國就全面進入微機保護階段，并且微機保護在全國范圍內得到了廣泛的應用。其中保護系統中的主要運算器也變成了32位機，在最初的時候運算器是8位機或者是16位機，系統中的數字轉換器和核心處理器件也變成了數字信號處理器，最初的時候數字轉換器和核心處理器件是A/D轉換器和壓頻轉換器。這種依托于計算機所創建的繼電保護系統就是微機保護系統。微機保護系統主要由兩個方面組成，一部分是硬件結構，一部分是軟件系統。其中硬件結構主要包括實時數據采集系統、CPU主系統以及開關量I/O系統構成，軟件系統主要由接口軟件、保護軟件、中斷程序、繼電保護各種算法程序以及其他的輔助功能。軟件系統在整個微機保護占據非常重要的地位，不僅要負責測量電壓電流的情況，同時還要能夠有效地調節和控制各種可控設備，并且要對故障進行詳細的記錄、處理等等[1]。

我國現今全面進入科技時代，在這種時代背景之下，科學技術得到了突飛猛進的發展，隨著科學技術的不斷成熟，計算機網絡在微機保護中的優勢更為明顯。計算機網絡依托于先進的互聯網技術平臺，不僅具有廣泛覆蓋性的特點，同時還能實現實時共享的功能，正是由于這些優勢使得繼電保護主計算機可以占用并處理信息系統的全面的數據[2]。數字化的計算機在微機保護保護中主要起到的作用就是進行數值和邏輯的計算，目的就是利用計算機對電力系統狀態變量進行準確的判定，根據判定結果來判斷電力系統當中是否存在故障，為了能夠更加準確的判斷電力系統當中存在的故障，計算機的系統會通過相應的技術手段對各種狀態信息進行采集，采集之后再對狀態信息進行數字化的處理，然后將處理之后的狀態信息與保護系統當中設定的數值進行比較，通過比較來判斷電力系統當中是夠存在故障，并且可以判斷故障的發生位置以及類型，隨后針對故障的情況采取相應的保護措施，從而達到對電力系統進行保護的目的[3]。

2 交流中壓系統繼電保護

交流中壓系統繼電保護可以分為交流中壓環網繼電保護以及牽引變壓器繼電保護兩個方面。

2.1交流中壓環網繼電保護

現今許多地鐵站主變的供電方式是分散式的供電方式，經過主變之后將110kV轉變成了10kV，然后供整個供電網絡使用。對于這種供電網絡所采取的保護措施都是非常基礎的供電保護措施，例如電流保護、電壓保護等等，這些基本供電保護措施的運作原理非常簡單，并且能夠達到保護的目的，操作也十分的簡便，但是也存在一定的局限性，不能夠準確的識別故障的類型和位置，并且保護的范圍也十分的有限，所以交流中壓系統將距離保護設置為主保護。距離保護的主要原理就是通過短路點到保護設備安裝位置的不同來準確地判斷故障的位置。因為在距離保護機制當中，輸電線路的阻抗和整個線路的長度所形成的關系是正比關系，所以通過對阻抗值大小的判斷就能夠準確的判斷故障的位置。距離保護就是通過對線路電圧以及電流的測量和計算來判斷故障是否發生以及故障的發生位置[4]。

2.2牽引變壓器繼電保護

一般情況下，繼電系統中變壓器的主要保護方式是瓦斯保護。但是地鐵供電系統存在一定的特殊性，為了與地鐵地下運行特點相契合，在地鐵的供電系統當中往往視同的是干式變壓器，干式變壓器不能采用瓦斯保護的方式，同時也不能夠使用差動保護的方式。對于地鐵變壓器的保護，一般情況下使用的保護配置是電流速斷、過電流保護、過負荷信號以及溫度信號。其中電流保護的最大優點在于能夠快速地識別出故障的發生，并且立即對發生的故障做出反應，缺點在于對信號的識別能力相對較差，往往不能識別大容量牽引變壓器產生的暫態勵磁涌流信號而造成誤動[5]。在正常的運行過程中，變壓器工作過程中產生的勵磁電流并不強，會對保護裝置產生影響。但是如果變壓器繞組在電壓過零的時候切入電源，第一個電壓周波內的磁通量會導致鐵芯出現飽和的情況，并且會持續性的產生無數個周波的勵磁涌流，電流保護裝置如果不能對這個勵磁涌流進行有效的識別會使得斷路器頻繁的重合閘，導致各種電氣設備的使用壽命嚴重受損，因此有效的識別是今后重點研究的問題。

3 直流牽引系統繼電保護

直流牽引系統繼電保護可以分為整流器繼電保護以及直流饋線繼電保護兩個方面。

3.1整流器繼電保護

地鐵供電系統中整流器的主要保護措施就是過流保護。實現過流保護的主要裝置就是快速熔斷器。如果供電系統發生故障，快速熔斷器會快速的切斷整流器內部或者外部的短路故障電流，從而達到保護整流器的目的。快速熔斷器的最大優點就是體積相對較小，功耗也非常小，容量卻非常大。除了能夠有效對整流器提供有效的保障，快速熔斷器還能夠限制電流，如果系統當中出現短路故障，快速熔斷器會第一時間發揮作用，對短路電流進行限制，有效的保護系統中的整流器。

3.2直流饋線繼電保護

直流饋線繼電保護主要包括三個方面，即大電流脫扣保護、di/dt-ΔI保護以及雙邊聯跳保護。其中大電流脫扣保護通過對設定電流的閾值與測量值比較結果的判定來下達保護指令，最大的特點就是能夠有效地保護自身擁有的短路裝置，并且可以快速地斷開斷路器，從而減弱故障對整個供電系統所造成損害。di/dt-ΔI保護不僅能夠判斷電流信號的實時上升率，同時還能計算電流的增量，根據對上升量以及增量的判斷來決定是否下達保護指令。雙邊聯跳保護可以有效地解決某一牽引變電所繼電保護裝置失靈時存在的安全隱患，從而有效的保障變電所跳閘動作的可靠性[7]。

4 結語

隨著我國城鎮化的不斷加快，城市的人口越來越多，城市人口的增長速度要遠遠快于城市的發展速度，導致城市人口擁擠，特別是經濟水平相對發達的地區，人口擁擠對城市的交通造成了巨大的壓力，特別是地鐵站。高度密集的乘客量遠遠高出地鐵的運載能力，導致地鐵站一直處于高負荷運轉的狀態之中，這種狀態對的運載能力提出了更高的要求。大多數的地鐵站通過縮短發車時間的方法來減弱高乘客量對地鐵站產生的壓力，但是發車時間間隔的縮短使得地鐵站的供電系統超負荷運作，供電系統長期處于超負荷運作的狀態之下，發生故障的概率明顯增加，地鐵站的供電系統一旦發生故障，整個地鐵航線都會癱瘓，如果是交通高峰期，地鐵航線癱瘓會對人們的日常生活造成極大的影響，所以地鐵供電系統繼電保護尤為關鍵。有效的保護措施使得地鐵的供電系統即使在高負荷的狀態之下也能夠持續性的運行，降低故障的發生概率，為地鐵站的運營提供有效的保障。

參考文獻：

[1]張恩建.地鐵供電系統繼電保護方案分析[J].科技經濟導刊，2019，07（14）：75-76.

[2]郭若昕.關于地鐵供電系統繼電保護方案的探討[J].科技風，2018，09（08）：120-121.

[3]張晨皓.淺談地鐵供電系統繼電保護[J].科技風，2018，08（08）：122+124.

[4]孫梓博.地鐵供電系統繼電保護方案研究[J].城市建設理論研究（電子版），2017，12（22）：13-14.

[5]仵敏敏.地鐵供電系統繼電保護方案研究[J].城市建設理論研究（電子版），2017，11（01）：28-29.

[6]劉超.地鐵供電系統繼電保護方案研究[J].科技風，2015，06（15）：24.

[7]閆石.地鐵供電系統繼電保護整定配合研究[J].科技創新與應用，2013，07（19）：159.

【通聯編輯：王力】