地鐵35 kV開關柜光纖差動保護跳閘技術分析

摘? 要：針對地鐵供電設備故障率較高現象，特選擇對地鐵35 kV開關柜光纖差動保護跳閘技術展開詳細分析。首先對常見地鐵供電方式及其優勢與不足進行了簡要的概括分析，隨后探討了地鐵35 kV開關柜光纖差動保護跳閘原因，概述了6種引起跳閘的故障現象，最后結合跳閘原因排查確定故障點，采取針對性處理措施恢復地鐵正常供電方式，更好地保障了地鐵持續穩定運營，在軌道交通地鐵供電領域具有一定的指導意義。

關鍵詞：供電方式;35 kV開關柜;光纖差動保護;故障點

0? ? 引言

如今隨著城市交通壓力不斷增加，地鐵運營負載也在不斷增加，因此地鐵供電系統面臨的供電負荷越來越重，導致地鐵供電設備出現各種故障問題的概率增高，致使實際維修維護供電設備成本大大增加。通過在地鐵供電設備35 kV開關柜中安裝光纖差動保護裝置，能夠更好地保障供電系統正常運行，同時也便于及時進行故障定位、故障記錄、故障錄波與有效處理，使得地鐵能夠快速恢復正常供電，保障地鐵持續穩定運營。

1? ? 地鐵供電方式分析

地鐵供電系統主要為電客車、車站及區間的動力照明負荷提供電能，保障地鐵安全、可靠、優質運行。依據地鐵外部電源供電方式的區別，供電方式一般分為三種[1]：

（1）集中供電方式。在這種供電方式下，通常是在地鐵沿線建立一個專門的主變電所，主變電所負責將電網110 kV電壓轉換成10 kV或35 kV，為地鐵電力設備集中供電。該方式通常對于變壓器等關鍵設備有著非常嚴格的性能要求，其主要優點是更加便于管理控制地鐵內部供電系統的電源，為后續的供電設備停電日常維修和應急故障處理也帶來諸多便利，不需進行分散線路敷設，使得線路電纜管理便捷，實際運行穩定性高、可靠性強;不足之處是投資成本較高，對線路保護功能要求較為全面[2]。

（2）分散供電方式。在這種供電方式下，通常會在地鐵沿線設立電網直接供電的多個開閉所，地鐵在運行中的電能需求都是由開閉所提供的，在每個開閉所中，均設置有兩路供電電源為地鐵供電設備提供電能，雙重保障，避免意外發生。該方式優點是能夠更好地保障地鐵持續穩定運行，即使某個開閉所因故障退出運行，相鄰開閉所可通過聯絡線實現此區域的地鐵供電，不會影響到其他線路區域的地鐵運行;不足之處是由于開閉所接入口較多，因此實際管理與控制較為復雜。

（3）混合供電方式。在這種供電方式下，通常是將集中供電方式和分散供電方式組合在一起，并以集中供電為主，以分散供電為輔，從而可將上述兩種供電方式的優點結合在一起。該方式理論上是一種最佳供電方式，不足之處在于由于其結構非常復雜，實際應用操作比較困難，不利于進行統一管理。由于難度高，該方式目前實際應用比較少[3]。

2? ? 35 kV開關柜光纖差動保護跳閘原因

地鐵無論選擇上述哪種供電方式下運行，地鐵供電設備均是其重要組成部分，一旦高壓設備出現故障問題，很有可能會觸發35 kV開關柜光纖差動保護裝置動作跳閘，而導致光纖差動保護跳閘的原因包含多種[4]：

（1）地鐵35 kV開關柜環網電纜擊穿、破損或柜內元器件存在引線接頭松動、破損、脫落等問題，從而可能導致供電設備間接接地，引發跳閘保護動作;

（2）地鐵35 kV開關柜斷路器、絕緣子出現損壞或線路因絕緣性能降低出現閃絡，同樣會引發短路導致跳閘故障;

（3）地鐵35 kV開關柜通常配置有電壓互感器，一般電壓互感器出現故障問題，也會觸發光纖差動保護裝置引起跳閘保護動作;

（4）地鐵35 kV開關柜配置有三工位隔離開關，該裝置絕緣子出現損壞問題，也會觸發跳閘保護動作;

（5）地鐵35 kV開關柜通常與避雷器等設備相連，雖然避雷器具有殘壓值低、熱穩定性好等特點，但若避雷器出現擊穿或其他故障，也有可能會觸發光纖差動保護裝置引起跳閘保護動作;

（6）地鐵35 kV開關柜光纖差動保護裝置通信質量異常，內部軟件數據紊亂，丟包率達40%以上，發送錯誤信號，同樣可能會引發跳閘保護動作。

3? ? 光纖差動保護跳閘處理

地鐵35 kV開關柜出現故障觸發光纖差動保護裝置時，線路光纖差動保護繼電器以光纖為通信介質，通過分相比較被保護線路兩端電流及相角的差異[5]，結合不同的制動特性，從而快速、有選擇性地識別、切除故障，有利于縮小故障影響范圍，爭取最快時間恢復正常供電方式。

3.1? ? 排查確定故障點

當地鐵供電設備出現故障后，一般會產生較大的故障電流，從而觸發35 kV開關柜光纖差動保護跳閘，相鄰線路或元器件會發出信號，同時故障錄波器也會“應聲”啟動錄波功能。

首先需要確定地鐵供電電纜的故障點，然后做好電纜修復工作，同時排查35 kV開關柜及相關設備故障點，隨后再立足于光纖差動保護裝置本身，做好其內部邏輯的檢查與缺陷處理，如果相鄰線路或元器件保護啟動數量比較少，那么實際顯示的故障波形通常不會發生較大變化，則很有可能是沒有出現故障問題，光纖差動保護存在誤動作，但也有可能是其他原因導致的非故障跳閘。因此，仍需要地鐵變電所值班員提高警惕，加強巡視檢查，在夜間地鐵停運斷電后進一步排查保護裝置具體故障原因。

3.2? ? 針對性處理措施

在實際檢查過程中，可以遵循故障點優先原則，先對附近故障點分段啟動自投，讓非故障元件能夠順利恢復供電處于熱備狀態，從而有效保持原本的線路運行方式。

如果是環線故障，在光纖差動保護退出后，可以在后備電流保護的幫助下，直接切除故障。同時對于上級環網線路光纖差動保護而言，一般會受到穿越性電流影響，不會觸發跳閘保護動作，降低了跳閘概率。而對于Ⅰ段母線或Ⅱ段母線失電情況，可以進行純無壓檢定邏輯的設置，迅速啟動備自投，保證失電母線快速恢復供電[6]。

與此同時，還應及時確認地鐵供電設備上其他斷路器是否跳閘，做好合適的供電電源調度，促使其靈敏度得到不斷提升，然后嘗試重新試送電。如果送電成功，再逐一對停電線路送電;若不成功，還應注意啟用備用電源，避免出現地鐵停運問題。針對失壓的中低壓側設備，可以先恢復供電，盡可能降低故障損失;針對運行中的地鐵，先通后復，等地鐵停運后再集中力量進行故障處理，以免對地鐵正常運行帶來不利影響。

除此之外，還應進一步加強環網電纜日常巡檢工作，做好絕緣性檢查工作，應全面核查相應邏輯閉鎖程序，從而更好地保障設備的供電安全。

4? ? 結語

綜上所述，地鐵在實際運行過程中，通常需要持續穩定的電源供應，一旦地鐵供電設備出現故障問題，將會觸發35 kV開關柜光纖差動保護裝置引起跳閘問題。因此，為保證地鐵能夠持續穩定運營，需在出現跳閘后及時排查確定故障位置，并采取針對性措施進行處理，從而及時恢復地鐵正常供電。

[參考文獻]

[1] 左汝杰.地鐵供電系統的運行方式及特點分析[J].科技創新與應用，2018（32）：108-109.

[2] 馮勁松.地鐵供電系統外部電源供電方式的分析與比較[J].智能城市，2019，5（11）：82-83.

[3] 崔小強.探討地鐵供電系統的供電方式及選擇對策[J].智能城市，2019，5（23）：50-51.

[4] 王京浩.地鐵供電設備差動保護跳閘技術探討[J].技術與市場，2019，26（4）：152-153.

[5] 謝軍，封建強.查除一例主變差動保護動作原因的啟示[J].電子世界，2018（24）：26-27.

[6] 張剛.城市軌道交通大分區中壓供電系統保護方案及應用[J].都市快軌交通，2017，30（2）：75-81.

收稿日期：2020-07-03

作者簡介：路成強（1993—），男，天津人，碩士研究生，研究方向：軌道交通自動化控制技術。