地鐵35kV供電系統(tǒng)繼電保護(hù)

劉偉

中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

城市地鐵道路最早在18世紀(jì)中期的英國建立而成，發(fā)展至今全世界范圍內(nèi)有將近61 個(gè)國家與地區(qū)、199 個(gè)城市建成了地鐵，并且地鐵鋪設(shè)的里程數(shù)達(dá)到了上萬公里。目前，中國地鐵建設(shè)工程已成為中國一、二線城市中的標(biāo)配，當(dāng)前中國地鐵主要采用直流牽引供電，電壓等級(jí)分別在750V、1500V。通過強(qiáng)大的地鐵供電系統(tǒng)便可以為地鐵的運(yùn)行提供保障，同時(shí)也是地鐵安全運(yùn)行的基本要求，因此為了保證地鐵牽引供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要對地鐵供電系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)，確保地鐵在使用過程中的受到需求和電氣化使用不會(huì)受到干擾，論文主要針對地鐵35kV 供電系統(tǒng)繼電保護(hù)中存在的問題進(jìn)行深入研究。

2 地鐵35kV 供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置介紹

地鐵35kV 供電系統(tǒng)中所采用的電氣設(shè)備裝置主要有環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運(yùn)行供電設(shè)備、單側(cè)電源線路，同時(shí)通過將混合降壓供電設(shè)備和開閉供電設(shè)備與供電系統(tǒng)相結(jié)合，便可以提高供電系統(tǒng)在電力傳送過程中的穩(wěn)定性。地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)配置主要有過電流保護(hù)裝置、零序電流保護(hù)裝置、線路光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置、低電壓閉鎖過電流保護(hù)裝置、整流器內(nèi)部保護(hù)裝置、變壓器溫度保護(hù)裝置、電流速斷保護(hù)裝置、直流開關(guān)制動(dòng)保護(hù)聯(lián)跳裝置等。

3 地鐵35kV 供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的主要功能

3.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)中線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置

線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置在使用過程中的主要功能有以下三點(diǎn)：一是當(dāng)供電系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域中發(fā)生短路故障時(shí)，該保護(hù)裝置便會(huì)在第一時(shí)間瞬時(shí)跳開，進(jìn)而將故障電纜的兩側(cè)斷路器打開，對供電系統(tǒng)進(jìn)行斷路保護(hù)；二是該保護(hù)裝置在使用中可自行編程I/O 程序，通過該程序便可以將供電系統(tǒng)在使用過程中的開關(guān)量、連跳信號(hào)等數(shù)據(jù)有光纖通道傳輸?shù)膶?shí)時(shí)對接裝置中，通過對接裝置并可以通過中間量進(jìn)行邏輯編程，從而實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)裝置的合理控制；三是當(dāng)供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置所連接的光纖通道出現(xiàn)故障時(shí)，那么該裝置便會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并將該報(bào)警信號(hào)上傳至變電所綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)處。

3.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)中微機(jī)綜合測控保護(hù)裝置

3.2.1 微機(jī)綜合測控中的保護(hù)功能

如圖1所示，繼電保護(hù)系統(tǒng)中微機(jī)綜合測控保護(hù)裝置在使用過程中具有獨(dú)立的三相電流速斷功能，同時(shí)該裝置還可以根據(jù)供電系統(tǒng)的使用狀況，進(jìn)行限時(shí)電流速斷和定時(shí)電流速斷功能調(diào)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對限時(shí)、過負(fù)荷等電流進(jìn)行保護(hù)。通常微機(jī)綜合測控保護(hù)裝置對限時(shí)過負(fù)荷的保護(hù)時(shí)間可以延長至120s 以上，此外該功能還可以在反應(yīng)延時(shí)和限流保護(hù)中同時(shí)使用。該裝置在使用過程中需要與整流機(jī)組及配電變壓器保護(hù)單元相連接，這樣裝置并可以實(shí)時(shí)監(jiān)控繼電保護(hù)系統(tǒng)中變壓器的溫度信號(hào)及其他信號(hào)，進(jìn)而科學(xué)進(jìn)行報(bào)警和跳閘作業(yè)。

圖1 繼電保護(hù)系統(tǒng)

3.2.2 微機(jī)綜合測控中的信息采集及控制功能

在繼電保護(hù)系統(tǒng)中所使用的微機(jī)綜合測控保護(hù)裝還具有信息采集和控制功能，該功能可以對所控制區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行pscada 數(shù)據(jù)交換，并且將所接收的數(shù)據(jù)，傳輸至通信單元控制器中，并對信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行執(zhí)行。微機(jī)綜合測控保護(hù)裝置還可以自行發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)而判斷裝置的故障信息或測量值，實(shí)現(xiàn)通信規(guī)約的完全開發(fā)。該裝置可以對供電系統(tǒng)和繼電保護(hù)裝置的開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、控制命令、跳鎖聯(lián)動(dòng)信號(hào)等進(jìn)行邏輯判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的“合”“分”控制，同時(shí)裝置在使用中還可以對供電系統(tǒng)中的電流、電壓等電信號(hào)值進(jìn)行直接交流采樣，并將材料結(jié)果以數(shù)據(jù)的形式，借助通信網(wǎng)絡(luò)傳送至變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)管理處。保護(hù)單元并會(huì)在第一時(shí)間接收到遠(yuǎn)程控制命令或操作人員命令，并結(jié)合保護(hù)單元內(nèi)部儲(chǔ)存開關(guān)位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)作業(yè)中的各種聯(lián)鎖功能。

3.2.3 微機(jī)綜合測控中的信號(hào)功能

微機(jī)綜合測控中的信號(hào)功能主要是通過保護(hù)裝置所自配的液晶顯示器進(jìn)行顯示，同時(shí)液晶顯示器可以根據(jù)主回路設(shè)定動(dòng)態(tài)模擬母線，這樣便可以實(shí)時(shí)監(jiān)測斷路器和三位置隔離開關(guān)在運(yùn)行中的狀態(tài)，同時(shí)也可以對地鐵供電保護(hù)系統(tǒng)中的電流、電壓、頻率、電能、功率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。該信號(hào)功能還可以采集顯示所有與開關(guān)柜有關(guān)的各種預(yù)告行為、事故信號(hào)、配電變壓器和整流機(jī)組等設(shè)備的事故信號(hào)，進(jìn)而提高供電系統(tǒng)在運(yùn)行中的安全性。

4 地鐵35kV 供電系統(tǒng)在繼電保護(hù)中的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 地鐵35kV 供電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的布置

在對地鐵35kV 供電系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)備布置的過程中，施工人員需要根據(jù)地鐵35kV 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，對供電系統(tǒng)的相應(yīng)智能組件下放安裝至繼電保護(hù)設(shè)備智能控制柜中，這樣就可以節(jié)省繼電保護(hù)設(shè)備和其他設(shè)備之間控制電纜的使用，從而提高供電系統(tǒng)施工過程中的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還需要用電纜將繼電保護(hù)設(shè)備和供電保護(hù)裝置進(jìn)行直接相連，這樣就可以在一定程度上減少數(shù)字化供電系統(tǒng)內(nèi)部的電纜數(shù)量，從而方便檢修人員對地鐵35kV供電系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。

4.2 地鐵35kV 供電系統(tǒng)中科學(xué)進(jìn)行電纜設(shè)計(jì)

在對地鐵35kV 供電系統(tǒng)內(nèi)部電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，施工人員需要對電纜線路中特定的專用保護(hù)通道進(jìn)行建立，同時(shí)還需要在供電系統(tǒng)內(nèi)部采用多模光纖，通過多模光纖就可以進(jìn)一步地提高數(shù)據(jù)在傳輸過程中的傳輸效率。對于地鐵35kV 供電系統(tǒng)內(nèi)部的電纜，施工人員還需要采用加強(qiáng)芯電纜，由于這種電纜質(zhì)地較為柔軟，因此便于在地鐵35kV 供電系統(tǒng)施工中進(jìn)行鋪設(shè)。地鐵35kV 供電系統(tǒng)外部的電纜鋪設(shè)中，施工人員還需要采用金屬加強(qiáng)芯阻燃電纜進(jìn)行鋪設(shè)。對于所選用的電纜需要確保電纜內(nèi)部具有6～8 芯，而且還應(yīng)對電纜的芯數(shù)進(jìn)行雙數(shù)的控制，這樣就可以提高電流、電壓在控制過程中的可靠性。

4.3 地鐵35kV 供電系統(tǒng)中運(yùn)用線路繼電保護(hù)

線路繼電保護(hù)裝置對地鐵35kV 供電系統(tǒng)具有重要的保護(hù)作用，通過線路繼電保護(hù)裝置便可以對地鐵35kV 供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，這樣就可以了解地鐵35kV供電系統(tǒng)的第一手情況。如果地鐵35kV 供電系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)故障，那么線路繼電保護(hù)裝置便會(huì)在第一時(shí)間對故障點(diǎn)進(jìn)行針對性地處置工作，同時(shí)施工人員還可以通過在地鐵35kV 供電系統(tǒng)線路上安裝相應(yīng)的測控系統(tǒng)，通過測控系統(tǒng)就可以對地鐵35kV 供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。同時(shí)測控系統(tǒng)還可以將監(jiān)測的具體結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，然后地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置并可以根據(jù)測控系統(tǒng)所監(jiān)測到的結(jié)果，對地鐵35kV 供電系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的繼電保護(hù)指令。

4.4 地鐵35kV 供電系統(tǒng)中運(yùn)用變壓器繼電保護(hù)

地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的變壓器繼電保護(hù)裝置主要是用來保護(hù)地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的變壓器，在變壓器繼電保護(hù)裝置的安裝過程中，可以采用集中安裝模式來更好地發(fā)揮出變壓器繼電保護(hù)裝置在地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的保護(hù)作用。同時(shí)，變壓器繼電保護(hù)裝置在工作過程中，其核心模塊是非電量保護(hù)模式組成，在該模式下通過電纜將繼電保護(hù)裝置與變壓器相連接。此過程中施工人員需要將主變壓器中的電量由本體智能終端進(jìn)行保護(hù)。這樣就可以對地鐵35kV 供電系統(tǒng)內(nèi)部的主變電壓器以及電抗器進(jìn)行非電量保護(hù)，如果地鐵35kV 供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)突發(fā)狀況，那么可以直接采用電纜進(jìn)行跳閘。因此，施工人員還需要在本體智能終端和主變壓器周邊鋪設(shè)相應(yīng)的跳閘控制電纜。此外，在對母線PT 合并單元進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，還需要確保合并單元具有電壓并列的功能。這樣如果變壓器在運(yùn)行過程中，一旦受到外界的干擾，那么繼電保護(hù)裝置中的非電量保護(hù)模塊便會(huì)迅速地進(jìn)入跳閘狀態(tài)，通過這樣的措施就可以緩解地鐵35kV 供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中受到外界干擾因素下所需要承受的壓力，從而保證變壓器可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

5 結(jié)語

地鐵35kV 供電系統(tǒng)主要是由中壓供電系統(tǒng)、電力照明信號(hào)供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)等組合而成，其電能主要來源于城市電網(wǎng)供給。保障地鐵供電系統(tǒng)是維系地鐵安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，而通過繼電保護(hù)裝置便可以保障地鐵列車的受電需求及列車上方電氣設(shè)備的運(yùn)行安全，因此當(dāng)前對繼電保護(hù)裝置開展研究，對中國地鐵供電系統(tǒng)的發(fā)展具有十分重要的意義。