淺談城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置

鄧萬財 劉小霞 廖 磊

（重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院，重慶402247）

1 牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)要求

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通車輛運(yùn)行信息傳輸與引導(dǎo)的前提，更是城市軌道交通系統(tǒng)功能持續(xù)利用的基礎(chǔ)。根據(jù)已有牽引供電系統(tǒng)資料可知，其繼電保護(hù)主要分為電流與電壓兩種方式，根據(jù)電網(wǎng)框架與作用的不同，保護(hù)方式的選擇也需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。由此可見，在完整的牽引供電系統(tǒng)中，饋線保護(hù)方式不止一種，而從實(shí)際保護(hù)措施狀況可知，多數(shù)供電系統(tǒng)多采用電流為主而電壓為輔的保護(hù)措施。同樣，根據(jù)以往故障資料可知，牽引供電系統(tǒng)保護(hù)措施必須滿足過載電流保護(hù)裝置反應(yīng)靈敏，能夠及時隔絕故障隱患的要求，才能確保供電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量不會受到影響，同時，還需要借助不同的供電方案與智能識別裝置，提升電網(wǎng)管理工作的可控能力。

2 牽引供電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計分析

城市軌道交通牽引供電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該將電流保護(hù)作為核心，將電壓保護(hù)置于其次，并根據(jù)城市軌道交通電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求提供適當(dāng)?shù)臄嗦菲餮b置，提供完善的備用電網(wǎng)系統(tǒng)，才能有效避免電力故障對供電系統(tǒng)的損害，使電力設(shè)備得到更全面的技術(shù)保障。在此期間，牽引供電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計工作應(yīng)著重分析電力系統(tǒng)可能潛在的風(fēng)險，并借助饋線措施判斷常出現(xiàn)的故障部位與可能造成的功能性損害，才能確保斷路器設(shè)置準(zhǔn)確，能夠在檢測到過載電流的時迅速斷開電力回流，以此避免電力設(shè)備受過載電流影響，出現(xiàn)損壞或事故風(fēng)險。同時在設(shè)置整流回路斷流器與直流饋線斷流器過程中，還需要根據(jù)兩種設(shè)備不同原理與作用進(jìn)行深入分析，以避免安裝錯誤的情況出現(xiàn)，影響城市軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

首先，在城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行期間，如果電源系統(tǒng)跳閘，則城市軌道交通測量極易受到涌流的影響，從而在流經(jīng)懸鏈線段時產(chǎn)生額外電流，如此便降低了斷流器工作的質(zhì)量。所以，在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計工作中，必須盡量提供系統(tǒng)保護(hù)措施，并加強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控水準(zhǔn)，以此避免系統(tǒng)跳閘問題的出現(xiàn)。

其次，在供電系統(tǒng)保護(hù)期間，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境分析可能潛在的風(fēng)險，并借助有機(jī)聯(lián)系消除直流系統(tǒng)中可能出現(xiàn)短路的風(fēng)險，才能避免過載電流等隱患出現(xiàn)，使供電系統(tǒng)運(yùn)行得以保障。

最后，在常見故障位置，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)故障問題選擇適宜的保護(hù)措施，確保直流供電系統(tǒng)不會受到外界環(huán)境等因素的影響，才能進(jìn)一步確保城市軌道交通電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，避免對城市軌道交通管理部門帶來經(jīng)濟(jì)損失。

3 牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)分析

3.1 大電流脫扣繼電保護(hù)

根據(jù)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)故障資勞可知，短路電流問題在系統(tǒng)中發(fā)生頻率最高，并且潛在危害與傷害也最大，若不及時加以隔離保護(hù)，則勢必會嚴(yán)重?fù)p傷電力設(shè)備，甚至直接影響城市軌道交通功能體系的正常使用。故而，在饋線保護(hù)時首先便要避免短路故障出現(xiàn)，而大電流脫扣保護(hù)裝置便是借助斷路器效應(yīng)隔絕保護(hù)措施的一種手段。根據(jù)脫扣繼電保護(hù)原理可知，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路等其他故障時，斷路器感應(yīng)到大電流會自動跳閘，以此中斷線路供電，避免對饋線造成損害。另外，從以往牽引供電系統(tǒng)故障來看，當(dāng)直流斷路器檢測到線路瞬時電流大于額定要求時，能夠在短時間內(nèi)將線路系統(tǒng)電流截斷，并及時將線路轉(zhuǎn)為備用系統(tǒng)，以此保障城市軌道交通工作正常開展，如此也同樣鞏固了供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 過電流保護(hù)措施

根據(jù)過電流保護(hù)動作的時間，直流饋線保護(hù)系統(tǒng)可分為無延時過電流保護(hù)和延時過電流保護(hù)。兩者之間最大的區(qū)別是是否存在設(shè)置的操作延遲值。無延時過電流保護(hù)不會設(shè)置動作延時值。其基本功能原理類似于大電流跳閘保護(hù)原理。一旦在運(yùn)行期間檢測到系統(tǒng)電流高于允許值，饋電開關(guān)將立即響應(yīng)。它的總體保護(hù)時間和反應(yīng)時間都很短。

延時過電流保護(hù)的電流設(shè)定值小于無延時過電流保護(hù)的電流設(shè)定值，但其工作時間較長。通常，延遲過電流保護(hù)應(yīng)滿足以下條件：i＞idtm 和t＞T0，其中T0 是延遲設(shè)置值。饋線的這種保護(hù)措施實(shí)際上是由保護(hù)控制單元確定的idtm 和T0 值。最重要的是idtm 的設(shè)置。通常，您可以通過分別設(shè)置idtm 的正值和負(fù)值來設(shè)置idtm 的值。當(dāng)使用負(fù)值表示城市軌道交通的再生狀態(tài)時，由于電源系統(tǒng)中的短路故障，反向電流會流經(jīng)饋線柜。從公式可以看出，當(dāng)電源系統(tǒng)中的電流在指定時間內(nèi)超過其允許的最大電流值時，繼電保護(hù)裝置將立即響應(yīng)，跳閘并清除故障。

3.3 電流上升率保護(hù)措施

電流上升率繼電保護(hù)是用于城市軌道交通牽引系統(tǒng)中繼電保護(hù)配置的兩種最常用的繼電保護(hù)之一。通常將此類繼電保護(hù)的啟動條件設(shè)置為電流上升率值，并且當(dāng)其進(jìn)入延遲階段時將采取保護(hù)措施。一般來說，電流上升率保護(hù)主要適用于長距離非金屬短路故障。

根據(jù)保護(hù)措施的特點(diǎn)，在城市軌道交通運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置需要連續(xù)檢測電流的上升速度，但是當(dāng)檢測到的電流的上升速度大于設(shè)定的起始值時，保護(hù)動作，保護(hù)動作開始。同時，應(yīng)該注意的是，只有在延遲時間內(nèi)整個電流上升率高于設(shè)定的保護(hù)動作開始值時，才可以開始保護(hù)動作，否則保護(hù)將恢復(fù)。

3.4 當(dāng)前的增量保護(hù)措施

增量電流繼電保護(hù)是用于城市軌道交通牽引系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置的另一種常用繼電保護(hù)。這種繼電保護(hù)與電流上升率保護(hù)相同。通常將啟動條件設(shè)置為當(dāng)前上升率值。當(dāng)進(jìn)入延遲階段時，將采取保護(hù)措施。這種繼電保護(hù)器主要用于短路非金屬短路故障。

此外，使用這種類型的繼電保護(hù)配置時，應(yīng)注意的是，當(dāng)電流上升率保護(hù)措施被激活時，電流上升率保護(hù)措施也已進(jìn)入保護(hù)延遲階段。電流增加量的計算機(jī)應(yīng)該是電流增加量保護(hù)措施開始時的電量，并且電流增加量必須在保護(hù)措施開始之前的預(yù)定延遲時間內(nèi)始終高于參考量。

4 優(yōu)化城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的幾點(diǎn)建議

4.1 絕緣子永久性破壞的保護(hù)方法

雷擊事件發(fā)生后絕緣子有可能會被永久性破壞，這是因?yàn)榻^緣子在遭受雷擊時，它的電壓一定會產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象，絕緣子閃絡(luò)以后，它的工頻就會被逐一燒毀，最后工頻完全被破壞后絕緣子也就被永久破壞了。因此，如何在城市軌道交通牽引供電繼電保護(hù)系統(tǒng)中解決絕緣子保護(hù)的問題是系統(tǒng)的核心問題，其重要性不言而喻。一般而言，系統(tǒng)經(jīng)常采用如下方法對絕緣子進(jìn)行保護(hù)，即在水平絕緣子和懸式絕緣子兩端加裝保護(hù)間隙，或者采用避雷針安插保護(hù)間隙的方法，這樣一來就可以準(zhǔn)確及時的定位雷擊閃絡(luò)，當(dāng)雷擊閃絡(luò)發(fā)生時系統(tǒng)可以立刻對工頻電弧進(jìn)行有效疏導(dǎo)，最終起到保護(hù)絕緣子的作用。當(dāng)然，這種保護(hù)方式也有其弊端，即雷擊時會發(fā)生跳閘的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個牽引供電繼電保護(hù)系統(tǒng)失效。

4.2 注重雷電監(jiān)測實(shí)行差異化繼電保護(hù)

繼電保護(hù)系統(tǒng)中的“防”指的是預(yù)防，也就是說系統(tǒng)要在雷擊發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)警，要想達(dá)到這一目的，首先就要保證整個系統(tǒng)的自動化控制，其次要保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動化控制技術(shù)可以由計算機(jī)系統(tǒng)來完成; 實(shí)時監(jiān)測需要物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來完成，其中傳感器的適用性和準(zhǔn)確性是系統(tǒng)的關(guān)鍵。

結(jié)束語

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的有效落實(shí)，不但能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄟ\(yùn)行提供更加穩(wěn)定且可靠的電力引導(dǎo)平臺，避免電網(wǎng)故障對設(shè)備造成難以預(yù)估的損害，同時憑借系統(tǒng)保護(hù)措施與智能化元件，更可以增強(qiáng)電力線路的可控性，這保證了網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量。因此，在討論城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)時，必須弄清城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的常見問題和故障隱患，并提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)方案與斷路器裝置，才能為后續(xù)供電系統(tǒng)的正常使用提供全方面的技術(shù)保障。