基于地鐵變電系統(tǒng)的組成和保護裝置應(yīng)用論述

黃佑會

摘要：地鐵變電系統(tǒng)是地鐵運行的重要動力來源，關(guān)乎地鐵運營的安全性。本文結(jié)合地鐵變電系統(tǒng)的組成，分析了其保護設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)，對保護裝置的設(shè)計原則和設(shè)計方案進行綜合的闡述，對于解決地鐵變電系統(tǒng)的故障、實現(xiàn)高效維修有重要意義，從保護裝置幫助實現(xiàn)地鐵的正常安全運行。

關(guān)鍵詞：地鐵;變電系統(tǒng);保障裝置

1.地鐵供電系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵供電系統(tǒng)的電力依靠外部輸入，且地鐵在運行過程中屬于單純的消耗電能，并不能產(chǎn)生電能，地鐵對于電力的需求又十分密切，所以供電系統(tǒng)作為地鐵運行的基礎(chǔ)保障，對于變電裝置有著較高的要求。地鐵的供電系統(tǒng)按照功能來分，由這幾部分組成：外部電源、主變電所、牽引供電系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、雜散電流腐蝕系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 外部電源

外部電源是為地鐵供電系統(tǒng)主變電所提供電力的外部城市電網(wǎng)電源，外部電源供電方案有三種，包括集中式供電、分散式供電、混合式供電，其中分散式供電是有效降低主變電所運行成本的方法，集中式供電具有易于管理的特點，混合式供電是以上兩種方案的合理搭配。

1.2 主變電所

三種供電方案都是將110kV電源降壓處理為10kV或35kV，其中集中式供電一般需要引入兩回電源，至少有一回電源是專線。主變電所的接線方式以線變式為主，有時也采用橋式接線或其他形式。

1.3 牽引供電系統(tǒng)

將10kV或35kV交流中壓電源降壓處理為直流電源，從而實現(xiàn)為地鐵列車的牽引供電，這部分包括牽引變電所和牽引網(wǎng)。

1.4 動力照明系統(tǒng)

將10kV或35kV交流中壓電源降壓處理為交流220/380V電壓，機電設(shè)備的電源即來源于這一環(huán)節(jié)。

1.5 電力監(jiān)控系統(tǒng)

電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）是實現(xiàn)控制中心對供電系統(tǒng)進行集中管理和調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、實時控制的核心系統(tǒng)。以“遙控、遙信、遙測、遙調(diào)”為主要方式，能實現(xiàn)整個供電系統(tǒng)的遠程信息采集工作，實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)功能。

2.變電系統(tǒng)保護裝置的選用原則

地鐵變電系統(tǒng)是一個高復(fù)雜程度的綜合性系統(tǒng)，以供電控制和保護為核心功能，在電路發(fā)生故障時可實現(xiàn)快讀準(zhǔn)確的排查故障，對于列車運行中可能出現(xiàn)的誤跳閘現(xiàn)象也有一定的規(guī)避功能。為實現(xiàn)電路故障的精準(zhǔn)判斷和排查修復(fù)，保證電氣參數(shù)的正常范圍，需要提高繼電保護與自動重合閘裝置的配合使用，提高供電方案的價值，實現(xiàn)收益最大化。

2.1 選擇性

電力系統(tǒng)發(fā)生某點短路時需要機電系統(tǒng)及時切除短路電路，切除故障部分越小越好，切除電路越小，對整個系統(tǒng)的影響就越小，停電范圍越小，正常的部分還可以繼續(xù)工作。成為繼電系統(tǒng)的選擇性，可以合理地采用繼電保護方式進行計算、調(diào)試、運行維護來保證選擇性。

2.2 速動性

工程中講究效率和時效性，地鐵變電系統(tǒng)不同于一般的變電系統(tǒng)，地鐵變電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時所產(chǎn)生的危害更加嚴(yán)重。相應(yīng)地，對供電系統(tǒng)的保護裝置提出了更高的效率要求，即速動性要求，能夠在最短時間內(nèi)切除故障部分、解決故障，將故障范圍盡可能縮小，以降低故障對設(shè)備產(chǎn)生的損害。切除時間由兩個因素共同決定：保護裝置動作時間、斷路器工作時間。保護裝置的工作時間最快可達0.01～0.04秒，不超過0.08秒可認(rèn)為達到了快速，斷路器的跳閘時間最快可達0.02～0.06秒，不超過0.15秒可認(rèn)為達到快速。

2.3 靈敏性

動作靈敏性是指在供電系統(tǒng)的被保護范圍內(nèi)如果發(fā)生故障，保護裝置做出反應(yīng)以應(yīng)對故障的靈敏程度，對于繼電保護系統(tǒng)的靈敏性需要每年進行整定值校驗，以保障保護裝置的靈敏性。

2.4 可靠性

即保護裝置的動作必須是合理動作，當(dāng)故障出現(xiàn)時需要做出相應(yīng)的積極動作，在地鐵正常運行中則不需做出任何動作。這是繼電保護裝置必備的，即可靠性是保護裝置的基本要求。

3.地鐵變電系統(tǒng)的保護裝置

變電保護裝置是通過對地鐵運行中各種參數(shù)的實時測定，當(dāng)出現(xiàn)故障和存在隱患時，會以超出正常范圍的物理量表示。進而促進保護裝置進行動作響應(yīng)，進行故障切除或是指示異常狀況，保護裝置工作原理如圖2。

3.1 主變電所保護

主變電所變壓器應(yīng)當(dāng)設(shè)置主變差動保護，保護變壓器內(nèi)部、套管和引出線的相間短路給予保護。為應(yīng)對內(nèi)部故障應(yīng)當(dāng)設(shè)置瓦斯繼電器、信號繼電器進行瓦斯保護，當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時故障點周圍變壓器油會被分解成氣體，上升氣體和壓力的增加會形成保護，還有過流保護等措施進一步完善了保護系統(tǒng)。

3.2 整流變壓器保護

35kV整流變壓器的電流速斷保護、零序過流保護、過負(fù)荷保護、溫度保護等，通過西門子保護7SJ63繼電保護裝置，配合整流器的PLC裝置的共同作用實現(xiàn)。

4.小結(jié)

綜上所述，地鐵變電系統(tǒng)對于地鐵運行的影響深刻而廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地鐵變電系統(tǒng)正在得到持續(xù)的改善和優(yōu)化。結(jié)合保護裝置的工作原理，從功能性、性價比入手，合理選擇保護裝置，能更好地實現(xiàn)變電系統(tǒng)的價值，保障地鐵出行的安全性和可靠性。

參考文獻：

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