數(shù)字電流保護(hù)在地鐵中的應(yīng)用

南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 210000

摘要 近年來，我國的地鐵建設(shè)得到了較大程度的發(fā)展。而在這種硬件快速發(fā)展的情況下，我國原有地鐵供電保護(hù)方案相對來說則存在著一定的不足，并對實(shí)際地鐵運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。在本文中，將就數(shù)字電流保護(hù)在地鐵中的應(yīng)用進(jìn)行一定的研究與分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電流保護(hù)；地鐵；應(yīng)用；

1引言

隨著我國地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷提升，我國城市地鐵原有35kV保護(hù)方案所具有的局限性也越來越明顯，在現(xiàn)今地鐵運(yùn)行中的很多情況下都得不到良好的應(yīng)用，并因此對地鐵運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。在此情況下，數(shù)字電流保護(hù)技術(shù)出現(xiàn)在了人們的視野中，其在通信網(wǎng)絡(luò)、硬件設(shè)計(jì)以及保護(hù)邏輯方面都根據(jù)地鐵實(shí)際運(yùn)行要求進(jìn)行了一定的更改與優(yōu)化，對于地鐵運(yùn)行的安全性具有著較大的安全意義。

2保護(hù)組網(wǎng)技術(shù)

目前，變電站技術(shù)已經(jīng)在我國現(xiàn)今的電力系統(tǒng)中得到了較多的運(yùn)用，并因其所具有的可靠性以及先進(jìn)性而獲得了較好的運(yùn)用效果。其中，面向通用對象的變電站事件（簡稱GOOSE）則為電站過程層中的一類通信技術(shù)，能夠?qū)﹄娬咎l信號(hào)以及間隔閉鎖信號(hào)進(jìn)行傳遞與實(shí)現(xiàn)，對于原有的物理接線具有著較好的替代意義。在信號(hào)的斷鏈檢測方面，其是以重發(fā)為基礎(chǔ)，當(dāng)事件發(fā)生之后，該報(bào)文則進(jìn)入到了一個(gè)頻率較快的重發(fā)階段，并在重發(fā)過程中其頻率逐漸增大，直到進(jìn)入到一個(gè)相對穩(wěn)態(tài)的重發(fā)周期。如果系統(tǒng)裝置在2倍重發(fā)時(shí)間內(nèi)還沒有收到該類型報(bào)文，則會(huì)判斷GOOSE網(wǎng)出現(xiàn)了斷鏈現(xiàn)象。而正是由于其所具有的這種較強(qiáng)自檢能力，則使其在我國地鐵電流保護(hù)中具有了較為積極的運(yùn)用意義。在我國地鐵行業(yè)中，對于該類技術(shù)還沒有形成較為廣泛的運(yùn)用，也沒有在行業(yè)內(nèi)部形成一套較為統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，GOOSE以及站控層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)以獨(dú)立的方式進(jìn)行配置，雖然我國目前地鐵供電系統(tǒng)為35kV，但是其依然具有較高的可靠要求，對此，就需要我們在對數(shù)字電流保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)110kV標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行設(shè)置。具體結(jié)構(gòu)如下所示：

圖1GOOSE組網(wǎng)方案

在該系統(tǒng)中，GOOSE網(wǎng)絡(luò)同地鐵監(jiān)控系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相互獨(dú)立，并以100M/S冗余雙網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置。在每一個(gè)地鐵電站中，都對2臺(tái)GOOSE交換機(jī)進(jìn)行了設(shè)置，并通過跨站級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)GOOSE網(wǎng)絡(luò)在變電所中的良好貫通。而在每一臺(tái)保護(hù)裝置中，都單獨(dú)提供了相對獨(dú)立的兩個(gè)接口接入到網(wǎng)絡(luò)之中，在以GOOSE為機(jī)制的基礎(chǔ)上對分區(qū)內(nèi)連閉鎖信息的傳遞進(jìn)行了良好的實(shí)現(xiàn)。

3電流保護(hù)邏輯

對于數(shù)字電流保護(hù)邏輯來說，其主要由跳閘邏輯以及信號(hào)邏輯這兩部分組成。通過兩者之間的結(jié)合，該電流保護(hù)則能夠?qū)Φ罔F電力系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)電纜以及母線電纜提供準(zhǔn)確、具有選擇性的快速化保護(hù)。在該系統(tǒng)中，當(dāng)斷路器處于合閘情況時(shí)，如果故障相電流大于閉鎖定值，在經(jīng)過一定延時(shí)之后，裝置則會(huì)通過GOOSE的應(yīng)用對故障相閉鎖信號(hào)進(jìn)行傳輸，并使其根據(jù)1.2倍最大負(fù)荷電流整定。而如果數(shù)字電流保護(hù)定值小于故障相電流，且在定值時(shí)間內(nèi)在對GOOSE信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐瑫r(shí)也接到了左右兩側(cè)裝置所發(fā)送的故障閉鎖信號(hào)，系統(tǒng)則判斷出現(xiàn)了區(qū)外故障；反之則會(huì)判定其出現(xiàn)了區(qū)內(nèi)故障，并實(shí)現(xiàn)跳閘操作。

圖2地鐵供電系統(tǒng)故障

為了能夠更好的說明該保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式，我們特舉出一個(gè)簡單的例子，具體配置情況如上圖所示：當(dāng)圖中K1出現(xiàn)故障之后，6DL所具有的故障電流則會(huì)超出電流保護(hù)定值，此時(shí)電流保護(hù)裝置自動(dòng)啟動(dòng)。而6DL左側(cè)的2DL所具有的電流也將大于電流閉鎖定值，并會(huì)通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)再次向6DL傳輸閉鎖信號(hào)。當(dāng)其接收到閉鎖信號(hào)之后，系統(tǒng)則可以初步判定發(fā)生故障的位置不在2DL以及6DL之間。由于地鐵是單電源供電方式，當(dāng)K1發(fā)生故障時(shí)，6DL右側(cè)相鄰的7DL，l0DL和13DL電流均為極小值，因此6DL不會(huì)接收到由它們?nèi)我庖粋€(gè)發(fā)送的右側(cè)GOOSE閉鎖信號(hào)。根據(jù)圖1所示的邏輯，6DL保護(hù)裝置判定K1點(diǎn)故障在其右側(cè)保護(hù)區(qū)內(nèi)，從而經(jīng)過整定延時(shí)保護(hù)快速動(dòng)作切除故障。環(huán)網(wǎng)K2點(diǎn)故障為2DL右側(cè)區(qū)內(nèi)故障。左側(cè)相鄰斷路器為1DL，5DL，11DL，右側(cè)相鄰斷路器為6DL。其所具有的具體保護(hù)動(dòng)作邏輯與K1點(diǎn)故障時(shí)6DL的邏輯相同。

4 硬件系統(tǒng)研制

4.1 雙核架構(gòu)

在我國目前的地鐵電力保護(hù)系統(tǒng)中，所使用的較多為單處理器架構(gòu)，其所具有的通信功能以及保護(hù)功能都是由單核處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。對于這種單核架構(gòu)來說，其在運(yùn)行過程中具有著較為不穩(wěn)定的特點(diǎn)，如果受到外界干擾，就會(huì)使保護(hù)效果受到較大的干擾。為了能夠?qū)υ摲N問題進(jìn)行較好的解決，雙核處理器則成為了一種非常好的選擇。在該種雙核保護(hù)架構(gòu)中，由獨(dú)立數(shù)字處理器對保護(hù)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而系統(tǒng)的其他功能如液晶顯示、對時(shí)以及通信等功能則由另外一個(gè)獨(dú)立的中央處理器實(shí)現(xiàn)。對于數(shù)字信號(hào)處理器來說，其由所具有的超流水線以及哈佛結(jié)構(gòu)能夠較好的完成保護(hù)算法、保護(hù)采樣以及驅(qū)動(dòng)跳閘繼電器功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于其為內(nèi)部集成電路總線的雙核架構(gòu)，即使中央處理器在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)問題停止工作，也不會(huì)對信號(hào)處理器的保護(hù)功能產(chǎn)生影響。

4.2 雙AD冗余采樣

目前，我國地鐵交流保護(hù)裝置一般都安在全封閉組合電器開關(guān)柜內(nèi)，由于其體積較小，就會(huì)使斷路器同保護(hù)裝置間所具有的距離較近，為了能夠保證相關(guān)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過程中不會(huì)出現(xiàn)互相干擾的情況，就需要地鐵保護(hù)裝置能夠具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。為了能夠?qū)υ摲N需求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)、避免設(shè)備在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象，該電流保護(hù)則對雙AD冗余采樣技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。其中，每一路交流信號(hào)都通過兩路AD轉(zhuǎn)換器以及2路低通濾波電路實(shí)現(xiàn)采樣，能夠?qū)芈凡蓸咏Y(jié)果以及保護(hù)元件偏差進(jìn)行計(jì)算，如果經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)超出偏差預(yù)定值，則會(huì)立刻采取閉鎖操作之后發(fā)出告警信息，以此有效提升了回路的抗干擾能力。

5 結(jié)束語

在上文中，我們對數(shù)字電流保護(hù)在地鐵中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究與分析，能夠有效的提升系統(tǒng)可靠性，具有較強(qiáng)的應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉寶軒，陳唐龍，于龍，蒲文旭.地鐵弓網(wǎng)燃弧能量檢測與牽引電流擾動(dòng)分析[J].鐵道學(xué)報(bào).2015（03）：77-79.

[2]付亞娥，李玉梅，張彥林，張偉先.超級電容用于地鐵應(yīng)急牽引的研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛.2015（02）：145-148.