試論地鐵供電系統(tǒng)中二次保護方案的設(shè)計與應(yīng)用

關(guān)曉冬

（哈爾濱電氣集團阿城繼電器有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 50300）

在目前社會發(fā)展中，地鐵建設(shè)已成為交通運輸行業(yè)的核心所在，也是解決現(xiàn)有交通問題的首選方法。地鐵在應(yīng)用的過程中已成為建設(shè)工作的重點，更是以節(jié)省資源、節(jié)約能源為主的一種綜合性工作模式，其對于社會生產(chǎn)力和國民經(jīng)濟的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用與意義。就當(dāng)前社會發(fā)展分析，地鐵已成為城市現(xiàn)代化建設(shè)的主要象征，其存在也折射出一個城市的文化底蘊和現(xiàn)代化建設(shè)進程。目前，我國各大城市都已經(jīng)出現(xiàn)了地鐵的身影，如同精靈一樣穿梭在城市地下的各個角落，為人們工作和生產(chǎn)帶來了便捷的發(fā)展優(yōu)勢。但是，在目前的地鐵設(shè)計工作中，也存在著極為關(guān)鍵的問題，即供電系統(tǒng)設(shè)計方式。一個良好、高效的供電系統(tǒng)對于保證地鐵運行效率至關(guān)重要，同時對于促進地鐵事業(yè)的發(fā)展也有著舉足輕重的作用。

1 地鐵概述

1.1 地鐵概念

地鐵也被人們統(tǒng)稱為地下鐵道，是一種地下鐵路運輸形式。目前我們常說的地鐵主要指的是以地下運行為主的鐵路運輸系統(tǒng)或者捷運系統(tǒng)。一般來說，地鐵工程項目中，由于其是一種處于地下的工程模式，因此其這一特性的存在就決定了其在建設(shè)工作中是一個復(fù)雜而又投資極大的工作模式。地鐵中間的隧道建設(shè)中是一種規(guī)模相對簡單的工作模式，這就造成了在設(shè)計工作中，工作人員將設(shè)計重點和工作目標主要置放在車站的設(shè)計中。對于這種工程設(shè)計控制，其首先的解決措施與應(yīng)對策略就是在工作中，對于大客流集散點是按照多層式來進行設(shè)計的，一般來說，在設(shè)計中車站是一種單層式的模式，這就要求在設(shè)計的過程中嚴格的控制車站各方面設(shè)備與用房面積的管理，從而使得車站的空間布置更加合理、更加緊湊。

1.2 地鐵供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是地鐵工作中的重要組成部分之一，其在工作中一般都可以將其分為以下幾部分：首先是有外部電源；主變電所等設(shè)備構(gòu)成的，其次是利用各種系統(tǒng)原理和工作方案構(gòu)成的一種綜合性管理模式，其也是整個供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，最后是監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在目前的地鐵工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用與優(yōu)勢，也是整個工程施工的核心問題。

地鐵供電系統(tǒng)作為地鐵工作的動力之源，是負責(zé)列車行駛和動力照明的關(guān)鍵所在。對于一個系統(tǒng)的運行情況而言，其在工作的過程中是利用電源系統(tǒng)來綜合的進行控制和管理，針對其在工作中存在的各種問題都進行全面系統(tǒng)的分析。一個高效、科學(xué)的供電系統(tǒng)不僅能夠有效的保證地鐵運行的安全、可靠和穩(wěn)定，還要保證地鐵工作的經(jīng)濟和節(jié)能要求。地鐵作為一種運量大、密度高的交通工具，其在運行的過程中對于安全的要求也較高，因此在工作中實施全面、系統(tǒng)的管理和優(yōu)化措施就顯得十分重要，這對于促進地鐵事業(yè)的發(fā)展有著極為關(guān)鍵的作用與意義。

2 供電系統(tǒng)保護的實例應(yīng)用

2.1 35kV供電系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計方案

35kV系統(tǒng)繼電保護配置方案：某地鐵供電系統(tǒng)采用的是集中供電方式，兩級電壓制，交流供電系統(tǒng)采用35kV等級電壓供電，環(huán)網(wǎng)接線，開環(huán)運行。35kV供電系統(tǒng)中性點采用小電阻接地方式。35kV系統(tǒng)設(shè)置繼電保護與自動裝置的配置方案如下：(1)35kV進、出線電纜(線路光纖差動保護、過流保護、零序電流保護)。(2)35kV母聯(lián)(限時電流速斷保護、零序電流保護)。(3)35kV母聯(lián)備自投（自動裝置）

2.2 保護原理分析

2.2.1 線路光纖差動保護?？v聯(lián)差動保護的動作原理是計算被保護區(qū)內(nèi)線路流入流出電流之差，當(dāng)電流超過門檻值時，保護動作，切除故障。差動算法經(jīng)過長期的檢驗，可保證對區(qū)內(nèi)故障進行快速檢測，對區(qū)外故障保持穩(wěn)定。對于區(qū)外穿越性故障采用比例制動技術(shù)，避免保護的誤動作。同時，光纖縱差保護使用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在兩端可以通過光纖直連、MODEM連接或通過多路復(fù)用系統(tǒng)連接，保障了抗干擾性能，在提高了保護的靈敏性的同時，保證了準確性?；诒Ｗo比較線路兩端電流的大小和相位來實現(xiàn)。因此，需在線路兩側(cè)側(cè)裝設(shè)電流互感器，電流互感器的CT變比需盡量保持一致，在無法保證一致的情況下，需進行變比補償。補償電流值應(yīng)盡可能地接近繼電器的額定電流值，從而提供最優(yōu)繼電器靈敏性。線路兩側(cè)電流互感器之間的線路為縱差保護的保護區(qū)。

一般來講，計算線路兩端的差動電流，必須保證從線路兩端得到的電流采樣值是同步的?？梢酝ㄟ^采樣時間同步實現(xiàn)?；蛘咄ㄟ^連續(xù)計算線路兩端的傳播實現(xiàn)?，F(xiàn)行地鐵運行繼電保護大多采用后者。

2.22 過流保護與限時電流速斷保護。電力系統(tǒng)的線路或元件發(fā)生故障時，故障點越靠近電源，短路電流越大。利用這一特點，可構(gòu)成電流保護。對于僅反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。它的保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大，不可能保護線路的全長；為了保護線路全長，通常采用略帶時限的電流速斷與相鄰線路的速斷保護相配合，其保護范圍包括本線路的全部和相鄰線路的一部分。其時限比相鄰線路的速斷保護大△t。過流保護是按躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置，可作為本線路和相鄰線路的后備保護，定時限過流保護的動作時限比相鄰線路的動作時限均丈至少一個△t。

2.3 35kV母聯(lián)備自投（自動裝置）

地鐵運行變電所采用單母分段運行方式，正常情況下母聯(lián)斷路器為斷開狀態(tài)，當(dāng)兩段母線中任一段失電后，投入母聯(lián)斷路器，保證正常運營。備自投工作須受遠方集控中心控制，根據(jù)實際運行方式進行投退。

3 35kV設(shè)備的選型

地鐵35kV設(shè)備采用的多是ABB及施耐德的產(chǎn)品，主要型號為SM6及KYN28等。主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)相差不大。柜體均采用三相共箱的柜式結(jié)構(gòu)，額定電壓達40.5kV，額定電流可達500A，額定短路開斷電流31.5kA。開關(guān)柜由5個獨立的隔室組成，分別是母線室、斷路器室、電纜宅和控制小室及泄壓通道，其中母線室和斷路器室是獨立的充以SF6氣體的密閉氣室。

4 其它設(shè)備

地鐵變電所一般含有以下設(shè)備：整流變壓器、動力變壓器、牽引變圧器。根據(jù)運行方式采用不同的保護配置。同時，每個變電所均有自己獨立的直流供電系統(tǒng)。

結(jié)語

本文結(jié)合常規(guī)地鐵供電中的35kV系統(tǒng)的保護設(shè)計方案，對35kV設(shè)備繼電保護的原理特性進行分析，其目的是在35kV設(shè)備選型過程中，確保采用的二次保護方案符合地鐵系統(tǒng)的供電特點，起到應(yīng)有的電氣保護功能。同時所選用的微機保護配置方案，更合理和簡潔高效。為新線建設(shè)提供合理化的建議，節(jié)省空間和運營成本。

[1]張永康.地鐵供電系統(tǒng)外部電源供電方式的分析與比較[J].城市軌道交通研究，2005(6).

[2]張霞.西安地鐵2號線一期工程供電系統(tǒng)簡析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2010(5).