皋福有

摘 要：地鐵系統(tǒng)運(yùn)行過程中供電系統(tǒng)決定其整體的穩(wěn)定性及安全性，因此對列車安全運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行及監(jiān)測工作時，一定要保證機(jī)電系統(tǒng)的性能，從而能夠及時判斷地鐵供電系統(tǒng)故障，給出正確的解決方案，并快速實(shí)施解決問題。本文主要對地鐵供電繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)及相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)類型進(jìn)行分析，并對供電線路、變壓器等電器元件進(jìn)行介紹，通過分析相關(guān)技術(shù)對繼電保護(hù)整定配合進(jìn)行完善及改進(jìn)，從而提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；繼電保護(hù)；變壓器；整定配合

由于地鐵運(yùn)行的特殊性決定了地鐵供電系統(tǒng)的工作重要性，這就對繼電保護(hù)裝置提出了更高的要求，需要能夠更加準(zhǔn)確可靠的實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)的保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中需要結(jié)合實(shí)際情況完成繼電保護(hù)裝置整定計算，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降低整定誤差，從而提升工作效率及地鐵運(yùn)行的安全性。

一、地鐵繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)

由于地鐵的運(yùn)行特點(diǎn)，決定了地鐵供電系統(tǒng)各個變電站之間的距離都比較短，站臺與站臺之間的距離一般不會超過3公里，因此運(yùn)用一般線路的繼電保護(hù)裝置不能夠及時給予地鐵供電系統(tǒng)安全保護(hù)。運(yùn)用到地鐵供電系統(tǒng)中的保護(hù)裝置必須使主變壓器能夠滿足地鐵運(yùn)行高峰時期的要求，并且在單臺主變壓器發(fā)生故障退出運(yùn)行時，其中另外一臺變壓器能夠提供整條線路的可靠供電工作。列車運(yùn)行的主變壓器接法不同于普通生產(chǎn)生活供電，其主要選擇Y/△的接法，如果在運(yùn)行過程中地鐵供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障或者單項(xiàng)接地故障，就會使得供電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，因而影響其正常工作。一般情況下地鐵供電系統(tǒng)發(fā)生接地故障，就要依靠繼電保護(hù)裝置來切除故障。常用的地鐵繼電保護(hù)設(shè)備從結(jié)構(gòu)功能上劃分主要有三個單元：即數(shù)據(jù)測量單元、邏輯判斷單元以及執(zhí)行單元。繼電保護(hù)系統(tǒng)工作時就需要這三個單元之間實(shí)現(xiàn)相互配合實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)保護(hù)的目的。

二、地鐵供電系統(tǒng)保護(hù)

由于地鐵運(yùn)行的特殊性，因此地鐵的牽引線路供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要涉及許多方面的保護(hù)內(nèi)容，其中較為重要的內(nèi)容就是電流的速斷保護(hù)與限時電流速斷保護(hù)。一般情況下很難實(shí)現(xiàn)對地鐵供電系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)際測試，因此需要采取建模或者仿真的模式對供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行測試及故障診斷，從而進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。

1、供電系統(tǒng)短路的保護(hù)分析

如果地鐵運(yùn)行過程中發(fā)生了相間短路，那么可以采用電流速斷保護(hù)或者過電流保護(hù)，如果所使用的系統(tǒng)不支持帶時限切除短路故障時，就需要設(shè)置無時限的速斷保護(hù)裝置。如果地鐵供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)采用無時限的電流速斷保護(hù)不能夠進(jìn)行選擇性動作，那么還是應(yīng)該選擇帶時限的速斷保護(hù)。而當(dāng)兩者都不能夠滿足繼電保護(hù)的要求時，就需要選擇線路縱聯(lián)差動作為主要保護(hù)途徑，運(yùn)用過流保護(hù)進(jìn)行輔助工作。在出現(xiàn)接地短路情況時，可以選擇零序電流保護(hù)，其工作原理是運(yùn)用接地時所產(chǎn)生的零序電流進(jìn)行保護(hù)動作，這種保護(hù)動作在運(yùn)用過程中一般被當(dāng)做輔助保護(hù)功能。由于地鐵供電系統(tǒng)所采用的是Y/△的接入辦法，因此就需要單獨(dú)制造出一個中性點(diǎn)來進(jìn)行接地保護(hù)，這種制造中性點(diǎn)的辦法能夠使地鐵供電系統(tǒng)在發(fā)生單項(xiàng)或者兩項(xiàng)接地短路時自動進(jìn)行保護(hù)動作。

2、牽引供電系統(tǒng)保護(hù)

這種供電系統(tǒng)保護(hù)主要分成兩類，即牽引整流機(jī)組保護(hù)和直流牽引保護(hù)。其中的牽引整流機(jī)組保護(hù)主要是針對變壓器一側(cè)短路而進(jìn)行的速斷保護(hù)裝置，而針對變壓器的二次側(cè)短路以及直流母線短路就需要過流保護(hù)發(fā)生作用。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)還應(yīng)對牽引變壓器和整流器設(shè)置本體的超溫保護(hù)，其中硅原件的設(shè)置需要按照整流器的需要而靈活設(shè)置。引起供電系統(tǒng)中的直流設(shè)備框架保護(hù)系統(tǒng)啟動程序后，系統(tǒng)相關(guān)的整流機(jī)組開關(guān)以及直流開關(guān)會自動對供電系統(tǒng)進(jìn)行隔離操作。這里所運(yùn)用的直流牽引保護(hù)有兩種，即直流進(jìn)線保護(hù)和直流饋線保護(hù)，前者啟動保護(hù)功能時主要是對系統(tǒng)自身的大電流脫扣進(jìn)行本體保護(hù)，或者進(jìn)行逆流保護(hù)及其他設(shè)備的聯(lián)跳保護(hù)。而后者啟動保護(hù)工作則針對的是大電流脫扣、電流變化率、增量保護(hù)、線路故障測試及自動重合閘、熱過負(fù)荷保護(hù)以及雙邊聯(lián)跳保護(hù)。

三、主變壓器的常見保護(hù)

城市軌道交通的主變壓器基本上都是雙繞組變壓器，變壓器常見的內(nèi)部短路故障包括相與相繞組之間的短路，單相繞組短路和匝間短路，外部變壓器故障包括變壓器各相引出線之間的相間短路和單相引出線經(jīng)過外殼之間的短路。變壓器常見的電量主保護(hù)為縱聯(lián)差動保護(hù)、非電量主保護(hù)中是用瓦斯保護(hù)并輔以油溫、油位等保護(hù)。目前地鐵主變壓器繼電保護(hù)配置的是電流速斷、過負(fù)荷和過電流保護(hù)。電流保護(hù)有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最大的優(yōu)點(diǎn)就是反應(yīng)迅速能夠快速的對系統(tǒng)和本身的故障做出反應(yīng)，以便及時的得到故障信息，但是也有缺點(diǎn)那就是信號識別能力比較差，一般無法識別大容量變壓器產(chǎn)生的暫時狀態(tài)下的勵磁涌流信號而造成誤動?？v聯(lián)差動保護(hù)具有很高的靈敏度，故對變壓器的主保護(hù)可以采用縱聯(lián)差動保護(hù)，采用過電流保護(hù)，零序過電流保護(hù)、和反時限過電流保護(hù)作為后備保護(hù)可以更好地使主變壓器穩(wěn)定運(yùn)行。

1、相間短路問題的處理

如果發(fā)生相間短路故障，主要采用的是縱聯(lián)差動保護(hù)作為主要保護(hù)動作，該項(xiàng)保護(hù)動作速度靈敏、反應(yīng)較快，而且選擇性比較自由。對其配合的輔助保護(hù)動作可以采取過電流保護(hù)，這種輔助保護(hù)對實(shí)現(xiàn)配合及靈敏度要求都能夠滿足要求，因此配合縱聯(lián)差動保護(hù)效果較好。

2、接地保護(hù)的處理

在實(shí)際運(yùn)行過程中接地保護(hù)對主要保護(hù)動作采用的是分相電流差動保護(hù)，由于供電系統(tǒng)對變壓器的性能要求較高，因此在選擇輔助保護(hù)動作時需要運(yùn)用的是零序過電流保護(hù)系統(tǒng)，能夠較好地滿足系統(tǒng)對實(shí)效及速度的要求，從而保證地鐵供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

四、特征量的選取

地鐵的安全運(yùn)行必須要求繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要時刻監(jiān)控供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測過程主要是對反饋的電流信號進(jìn)行處理，從而自動進(jìn)行識別及分類，這個過程中需要對傳輸?shù)碾娦判盘柼卦隽窟M(jìn)行提取，通過提取遠(yuǎn)程探頭或者終端電信號來對有用信息進(jìn)行分析，從而執(zhí)行相應(yīng)的動作。

五、直流保護(hù)配合

地鐵車輛起動時的電流是對牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)正常運(yùn)行最大的電流，各個保護(hù)整定值的設(shè)定以車輛的啟動電流為參考值，所以準(zhǔn)確的計算出車輛起動時的最大電流以及電流上升率對繼電保護(hù)配合設(shè)計是十分重要的?，F(xiàn)在的地鐵車輛電力傳動方式是交流傳動，交流傳動系統(tǒng)中又包括了牽引電機(jī)，逆變器和輔助電器。

六、交流短路故障的分析

準(zhǔn)確判斷交流短路故障電流產(chǎn)生機(jī)理和變化特征是判斷系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。因?yàn)楝F(xiàn)有的地鐵條件無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)際短路試驗(yàn)，所以可以用建模和仿真的方式對其進(jìn)行條理性的分析。交流側(cè)短路故障包括相間短路、單相接地短路和變壓器內(nèi)部匝間的短路等。掌握各種工況的電流波形是實(shí)現(xiàn)研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。

結(jié)論：地鐵系統(tǒng)運(yùn)行能夠緩解城市交通緊張問題，因此其運(yùn)行狀態(tài)及安全速度等性能決定了城市交通的運(yùn)行狀況。由于技術(shù)的進(jìn)步及對運(yùn)載能力的需求量不斷增加，使得地鐵行業(yè)不斷研發(fā)提升運(yùn)載能力及速度的方式，然而由于地鐵自身運(yùn)行的特點(diǎn)，對供電系統(tǒng)及繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求。需要針對自身的缺點(diǎn)不斷增加其系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性，增加各個系統(tǒng)之間的整定配合工作，從而降低故障幾率，提升故障解決實(shí)效。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭雙巖.帶負(fù)荷測試引起變壓器差動保護(hù)的分析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010（2）.

[2]李墨雪.直流牽引供電系統(tǒng)建模及基于電流變化特征量的保護(hù)算法研究[D].北京交通大學(xué)，2010.

[3]劉春明.地鐵OCC電力調(diào)度仿真培訓(xùn)系統(tǒng)繼電保護(hù)模塊的研究與開發(fā)[D].西南交通大學(xué)，2012.

[5]劉昊君.基于三相變壓器和DN供電方式的同相供電系統(tǒng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2012.