地鐵供電繼電保護網絡化技術研究

韋復曉

摘 要：從中國地鐵交通的發展來看，一般都采用過流保護和零序保護等設備。在單一連接狀態下實現繼電保護裝置之間的有效通信是困難的，地鐵運輸供電系統的穩定性也受到破壞，在一定程度上阻礙了地鐵運輸的發展。因此，建立網絡傳輸保護是十分必要的，有關部門和員工應注意這一點，以提高相關的科學和技術。本文主要研究地鐵繼電保護的網絡技術。筆者結合自身多年工作經驗，本次主要針對地鐵供電繼電保護網絡化技術，展開深入研究與討論，所得文獻與同行業人員共享，望對行業的前進起到一定的促進作用。

關鍵詞：地鐵;繼電保護;網絡化

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A

0 引言

目前，在社會經濟持續進步和發展的前提下，地鐵交通也獲得了巨大的發展機遇。在中國，地鐵交通中普遍存在“差動保護、快速動作保護、過電壓保護、零序保護”等繼電保護裝置，導致繼電保護裝置之間的通信和信息共享失效，嚴重阻礙了地鐵交通的發展。

1 地鐵供電系統和繼電保護網絡化的相關概念

1.1 地鐵供電系統

地鐵具有高速、低功耗、高安全等特點。自中國第一條地鐵建成以來，它為人們的生活帶來了諸多便利，成為各個城市的重要交通工具。此外，中國地鐵的發展在世界范圍內處于領先地位，被許多國家借鑒和效仿，為其他國家提供了大量的技術和理論支持。地鐵作為運輸工具，需要高技術含量，同時也需要高成本的建設和后期維護。地鐵電源主要通過電網供電。由于電力系統的復雜性，必須執行繼電器保護，以確保每個電力系統正常運行，并能及時解決每個系統的潛在問題。其中，導線短路是地鐵供電系統中頻率最高的故障。發生這種情況時，電流可能會突然增加，并且某些元件會開始變熱，這可能會損壞元件、縮短元件的壽命或造成永久損壞，并且必須更換。

1.2 繼電保護網絡系統構成

1.2.1 繼電保護網絡系統架構

從現有網絡體系結構來看，傳輸保護信息網絡系統可分為三個主要站保護和配電系統：省、省和地區網絡骨干。第一，配電系統中的微機保護裝置通過配電網連接到主站保護控制系統，并將實時控制發送到受監控系統;第二，保護管理機通過網絡命令執行各種保護功能，并實時將電力信息傳輸到主站網絡，以增強對其他配電裝置的保護和連接，配電系統的結構可分為三個層級：中央車站系統、配電系統和保護裝置，保護裝置的功能是在本端設定，并執行保護動作，配電裝置位于調度中心的各個層級，其主要功能是收集、控制和傳輸有關該站智能設備的運行和配置信息。

1.2.2 繼電保護網絡系統網絡連接方式

光纖通道通常用于受保護的中繼通道，包括專用光纖和多路傳輸光纖。短距離傳輸信道通常使用具有更高可靠性的特殊光纖，而遠傳信道通常使用多路傳輸光纖。具有同步數字分層（SDH）的自再生光纖環形網絡廣泛用于電力通信網絡，這通常是指使用創建環形網絡以恢復自身性能的保護方法。多路復用段中的雙絞線和多路復用段中的四絞線更適合于繼電保護。

1.3 當前地鐵供電繼電保護裝置通信功能的局限性

目前國內外地鐵繼電保護裝置均采用通信技術，但一般都是電壓等級相同的保護裝置。總的技術還處于起步階段，還有很多問題需要改進，具體表現如下：（1）地鐵供電繼電保護裝置通信技術標準不統一。（2）地鐵繼電保護裝置之間的通信仍然存在很大的局限性，不能有效實現任何保護裝置之間的無縫通信。（3）地鐵繼電保護裝置之間的數據交換能力仍然不足，需要改進功能。（4）在地鐵區間內，35 kV交流側繼電保護與1 500 V（750 V）側繼電保護之間仍存在“間隙”，且兩者之間的網絡通信沒有實現。（5）0.4 kV繼電保護裝置仍獨立運行，尚未進行基于網絡通信技術的保護研究。

1.4 地鐵供電系統保護分析

技術人員必須從以下角度分析電源系統的保護。首先，保護電力系統。在雙供電過程中，入站和出站線路開關必須受地鐵差動保護裝置的影響，以防止線路移動對線路系統的影響。保護裝置可以隔離故障線路，并且總線卡箍開關在合閘過程中處于自合閘狀態，從而使其他線路正常運行，并繼續提供運行性能。電源機架非常重要，因此有多種保護方法。電流保護措施可以解決系統各階段之間的短路故障和零序電流模式可以解決接地短路問題。第二，從保護牽引供電系統開始，有許多保護措施，例如內部電流保護、零序保護或安置裝置，可在保護牽引供電系統時發揮緊急作用。當診斷失敗時，快速中斷的防御措施就會開始發揮作用。在設備運行過程中，內部和外部零件的溫度可能會突然升高，并且應采用防變形模式，以便實時監控溫度。

2 地鐵供電繼電保護技術的具體內容

2.1 繼電保護

地鐵供電中的繼電保護技術主要研究了電力系統是否正常運行以及地鐵運行過程中電路是否異常。在傳統的繼電保護技術中，接觸式繼電器主要用于保護電氣線路和相關部件。基本工作原理是：如果地鐵線路系統出現問題，繼電器保護裝置會在盡可能短的時間內自動隔離故障區域，以防止影響其他線路的運行狀態。然后將發送警報，工程師可以對其進行修復。

2.2 軌道交通

地鐵又稱軌道交通，是人們往返于固定線路上的便捷方式。隨著人們物質生活水平的不斷提高，道路上的個人汽車越來越多，不僅造成了城市的交通堵塞，而且汽車尾氣污染了環境。所以中國開始倡導綠色旅游，緩解道路交通的有效途徑是地鐵交通和地鐵每天都有大量的交通，這就對電力和地鐵安全提出了非常高的要求。

2.3 通信功能的局限性

中國目前正在積極研究地鐵繼電保護技術中的通信功能。但是，由于它仍處于研究的早期階段，仍有一些問題需要解決。例如，目前，由于技術人員的技術水平參差不齊，實施通信技術保護設備的過程也不盡相同。但是，沒有統一規劃不同區域的規定通信功能標準。同時，地鐵供電繼電保護裝置在現階段不能發揮通信功能的真正價值，保護裝置太舊而不能大力引進新裝置。但是，地鐵線路系統中的電力和數據交互功能存在一些問題，相關網絡信息的功能不完善，這主要是由于技術人員不重視網絡技術在地鐵電力傳輸保護中的作用。此外，35 kV側繼電器保護與1 500 V側繼電器保護（750 V）之間的網絡通信尚未在地鐵現場實施。因此，要求技術人員加強對地鐵電力傳輸保護網絡技術的研究，以支持地鐵電力傳輸系統的穩定發展，為地鐵運行提供安全保障。

3 地鐵供電繼電保護網絡化技術的應用

3.1 IEC61850技術標準

IEC61850通信技術標準是實現電力網絡自動化的全球標準。在此基礎上，建立了電力系統的自動信息交換模型，并通過對象模型和自組織設備自定義了一些標準化的自動功能語法。為了不中斷智能設備的運行，該設備的功能應與實際網絡協議獨立。主要和次要設備型號適用于全球標準，以確保在配電裝置和電臺之間傳輸信息，此外，電路規劃語言可用于使用XML進行網路連線，然后有效執行封存和交換等功能。

3.2 GOOSE網絡技術

GOOSE技術在電力系統保護技術中扮演著重要的角色，通常用于過程層和絕緣層之間，以保護設備之間的信息交換。與傳統連接模式相比，網絡技術可在交換機位置和每條線路段上提供時間信息交換。經過某些技術檢查，技術人員可以將交流電源中UED信息的速度降低50毫秒，以確保電力系統的繼電保護時間要求。但是，此技術主要是通過無線電傳輸的，在工作負載很大的情況下會導致網絡癱瘓，但是，這種情況是無法解決的。可以通過虛擬局域網快速生成數據，并且可以在短時間內完成發送和接收步驟。

3.3 變電站信息分層結構

變電站信息的層次結構包括過程層和姿勢層之間的信息交換、海灣層內的信息交換、海灣層之間的信息交換以及配電間的信息交換。中國地鐵供電繼電保護系統網絡雖然已經發展起來，但仍有許多問題需要解決。例如，地鐵繼電保護系統的標準要求不同，保護裝置之間的連接不夠完善，不能充分發揮其保護功能。因此，必須擴展GOOSE網絡技術并接受動態數據交換以實現有效保護，以支持傳輸保護系統的網絡進程。

4 地鐵供電繼電保護網絡化技術方案的設想

通過現有的網絡信息通信標準和網絡信號傳輸技術，可以推測地鐵電源的繼電保護技術方案。

4.1 供電繼電保護網絡數據的實時交換

采用地鐵供電繼電保護網絡技術的主要目的是通過網絡信息集成相關數據信息，不斷優化繼電保護系統的設置，保證地鐵供電繼電保護系統的安全穩定運行。如果技術人員能夠合理地應用IEC61850通信標準和GOOSE網絡技術，他們可以實現地鐵繼電保護系統中的實時保護數據交換功能，并支持實現入站和分配保護網絡功能。其主要工作原理是通信技術通過統一的網絡通信標準進行通信控制，從而在同一網絡上提供地鐵電源的中繼保護，以便通過技術連接數據。技術人員還可以通過網絡快速獲取地鐵繼電保護裝置的運行數據，并監控其運行動態。

4.2 網絡保護功能的實際應用

在保護0.4 kV進線側時，可以在地鐵繼電保護中使用網絡技術。當高壓側鏈路出現故障時，網絡技術可以通過方便的通信渠道及時傳輸有關高壓側鏈路的數據信息。并且，通過系統發出的智能指令，網絡技術可以實現高壓側自動故障排除。如果高壓側保護失敗，則可以退出高壓側保護，由低壓側保護和高壓側同母線的電源進線保護作為后備保護，確保線路安全穩定運行，并防止線路短路。

5 小結

簡而言之，隨著科學技術的不斷發展和完善，網絡技術在繼電保護中的應用越來越受到人們的重視，在這種情況下，提供了地鐵供電繼電保護裝置的功能，有助于提高地鐵供電裝置在電力調度中的穩定性和可靠性。

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