淺談城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置

張承旭　張大衛(wèi)

摘要：目前，我國的城市發(fā)展十分迅速，城市軌道交通供電系統(tǒng)是軌道交通系統(tǒng)必不可少的組成部分。它不僅為列車提供電能，同時(shí)也為軌道交通車站提供動(dòng)力照明用電。為防止由供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障所造成的交通運(yùn)輸中斷所帶來的巨大損失，保證軌道交通供電系統(tǒng)的可靠和安全就需要為供電系統(tǒng)配置的繼電保護(hù)裝置。本文以沈陽地鐵一號(hào)線為例，分析介紹沈陽地鐵一號(hào)線供電系統(tǒng)的交流保護(hù)和直流保護(hù)的配置。

關(guān)鍵詞：軌道交通;直流保護(hù);交流保護(hù)

我國的軌道交通事業(yè)近年來也得到飛速發(fā)展，以沈陽市為例，首條線路即沈陽地鐵一號(hào)線于2010年開通，至2019年已經(jīng)沈陽地鐵及輕軌將開通共9條線路，且沈陽地鐵四號(hào)線也正在建設(shè)當(dāng)中。城市軌道交通供電系統(tǒng)由直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，具體主要由進(jìn)線電源、變電所、牽引系統(tǒng)、整流系統(tǒng)、動(dòng)力照明系統(tǒng)等構(gòu)成。以沈陽地鐵一號(hào)線為例，它采用高、中壓（110kV/35kV）兩級(jí)電壓集中供電的方式，即設(shè)置專用主變電所從電力系統(tǒng)外接入110kV電源，經(jīng)降壓變電所降至35kV后向沈陽地鐵一號(hào)線沿線的牽引變電所來進(jìn)行供電。在城市軌道運(yùn)行的過程中，為了減少相關(guān)存在因素的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的安全可靠性，技術(shù)人員采取有效的方式布置直流牽引供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，需要充分發(fā)揮出繼電保護(hù)配置的相關(guān)作用，保證供電系統(tǒng)的安全性能不受影響。只有充分了解和掌握繼電保護(hù)配置及整定的工作原理，才能更好地認(rèn)識(shí)直流牽引供電系統(tǒng)從而為相關(guān)問題的有效解決提供可靠的參考依據(jù)。

?一、直流饋線保護(hù)

隨著我國的經(jīng)濟(jì)在快速的在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，直流牽引供電系統(tǒng)工作的過程中，選擇合理的直流饋線保護(hù)方式，對于系統(tǒng)運(yùn)行的高效性起著重要的保障作用。目前直流高速開關(guān)應(yīng)用中大體采用的是脫扣保護(hù)的方式，對應(yīng)的斷路器沒有延時(shí)性，分閘時(shí)間也需要控制在合理的范圍內(nèi)。在脫扣器的作用下，斷路器能夠在較短的時(shí)間內(nèi)跳閘，避免了金屬性短路故障現(xiàn)象的出現(xiàn)。為了保證直流饋線保護(hù)方式的合理性，整定范圍應(yīng)該符合相關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。一般情況下，整定范圍內(nèi)的電流應(yīng)該大于最大負(fù)荷下列車正常啟動(dòng)時(shí)的電流，但不應(yīng)該超過近端的最大短路電流。在電流脫扣保護(hù)方式的影響下，機(jī)車的定值最大不超過5kA。同時(shí)，采用單邊供電的模式時(shí)，整定值應(yīng)該小于末端電弧性短路故障電流，具體電流值的大小需要采用科學(xué)的計(jì)算方法獲取。當(dāng)采用的是DPU-96的保護(hù)方式時(shí)，應(yīng)該制定出具體的電流上升率保護(hù)形式。這種保護(hù)模式主要適用于遠(yuǎn)端接觸網(wǎng)短路故障的保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)部的斷路器無法發(fā)揮出對應(yīng)的保護(hù)作用，主要在于此時(shí)直線饋線流過的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短路電流。對于這種現(xiàn)象，相關(guān)的規(guī)范條例有著明確的整定要求。這些要求主要包括：（1）當(dāng)機(jī)車處于啟動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，與之相關(guān)的接觸網(wǎng)過分段產(chǎn)生的電流變化率應(yīng)該小于此時(shí)饋線上流過的電流;（2）末端饋線產(chǎn)生的電流變化率應(yīng)該保持在直流饋線設(shè)計(jì)方案要求的范圍內(nèi)。這些不同方面的額定要求，對于直流饋線保護(hù)產(chǎn)生了積極的影響，完善了相關(guān)系統(tǒng)的服務(wù)功能。

二、交流保護(hù)

城市軌道交通供電系統(tǒng)的交流部分通常包含有外接電源接入電纜、主變電所、給線路提供電源的中壓網(wǎng)，還包含了電力變壓器和動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。如沈陽地鐵一號(hào)線采用高、中壓兩級(jí)電壓集中供電的方式，即采用外接110kV電源通過主變電所降壓至35kV再向一號(hào)線沿線的牽引變電所供電。對于交流系統(tǒng)而言一般須配置以下保護(hù)：過電流保護(hù)、限時(shí)速斷電流保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)，中壓35kV母線需配置的過電壓、欠電壓保護(hù)等。如主變壓器作為供電系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備就需配置主變差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、零序保護(hù)以及變壓器的非電量保護(hù)（輕瓦斯保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)、油位異常保護(hù)等）。其余線路需配置相應(yīng)保護(hù)滿足電力系統(tǒng)對保護(hù)的要求，由于和常規(guī)交流配置類似不再贅述。

三、直流饋線部分

（1）DC1500V進(jìn)線包括大電流脫扣保護(hù)（斷路器本體保護(hù)）、過電流保護(hù)、逆流保護(hù)。（2）DC1500V饋線包括大電流脫扣保護(hù)（直流斷路器本體保護(hù)）、DDL保護(hù)（電流上升率di/dt保護(hù)、電流增量I保護(hù)）、過流保護(hù)、聯(lián)跳保護(hù)、欠壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。如，大電流跳閘保護(hù)應(yīng)避開列車正常啟動(dòng)的最大電流并與相鄰供電區(qū)間的短路保護(hù)配合，可防止越區(qū)跳閘。DDL保護(hù)主要反應(yīng)電流變化趨勢，能有效切除近端和遠(yuǎn)端的故障電流，同時(shí)還能區(qū)分非故障電流的干擾，因此已慢慢成為直流保護(hù)中的電流主保護(hù)。同時(shí)牽引變電所全所還設(shè)置了1套框架泄漏保護(hù)，該保護(hù)裝置安裝在負(fù)極柜中，它通過電流檢測單元來檢測電流并與電流速斷保護(hù)配合，迅速跳開站內(nèi)所有直流開關(guān)、交流側(cè)開關(guān)并需人工復(fù)位才能重新合上。

四、繼電保護(hù)配置中的框架泄漏保護(hù)分析和研究

為了避免直流設(shè)備與大地相連時(shí)短路故障的發(fā)生，技術(shù)人員需要對接觸網(wǎng)相關(guān)的裝置進(jìn)行必要地保護(hù)。在設(shè)置保護(hù)裝置的過程中，需要遵循的整定原則為：（1）系統(tǒng)運(yùn)行中電壓框架作用下的保護(hù)定值，必須滿足相關(guān)設(shè)計(jì)方案的具體要求，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該與軌道電位的限制裝置保持高度的一致性;（2）對于電壓框架保護(hù)下的電壓值和時(shí)間，結(jié)合相關(guān)設(shè)備具體工作的要求，應(yīng)該小于軌道電位限制裝置的對應(yīng)參數(shù);（3）根據(jù)電流型有關(guān)定值和時(shí)間的要求，由于電流元件本身具有一定的絕緣效果，需要技術(shù)人員選擇合適的故障定位點(diǎn)，設(shè)置符合直流供電系統(tǒng)要求的斷路器跳閘;（4）當(dāng)電流元件的靈敏度過高時(shí)，為了達(dá)到供電系統(tǒng)的具體要求，可以對定值進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，最大的定值電流不超過85A。

五、結(jié)語

本文通過對沈陽地鐵一號(hào)線供電系統(tǒng)的交流和直流保護(hù)配置的簡要分析，學(xué)習(xí)掌握繼電保護(hù)配置方案及保護(hù)原理，對于城市軌道交通供電系統(tǒng)的故障檢修有非常重要的指導(dǎo)意義，一旦發(fā)生故障能及時(shí)采取針對性的檢修措施來快速排除故障，來保證城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行正常穩(wěn)定。

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