地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)問(wèn)題探討

摘要：文章首先簡(jiǎn)要介紹了地鐵供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及零序電流保護(hù)的工作原理，探討了零序保護(hù)設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，提出改善變壓器零序保護(hù)的措施，并應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，從而為地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)的研究積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；中性點(diǎn)接地；零序保護(hù)；電流傳感器；電流互感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）01-0077-03

對(duì)于地鐵來(lái)說(shuō)，地鐵供電系統(tǒng)是其全部動(dòng)力的來(lái)源，它的主要作用是為地鐵車(chē)輛的行駛提供電力牽引。如果在地鐵的行駛過(guò)程中，供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，還有可能威脅到乘客的生命安全。所以，在地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，必須采取必要的措施保證供電系統(tǒng)合理利用，從而使地鐵的安全可靠運(yùn)行得到保障。本文主要對(duì)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)出現(xiàn)的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行探討。

1地鐵供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及變壓器零序保護(hù)的工作原理

1.1地鐵供電系統(tǒng)的重要性

采用獨(dú)立的主變電所向沿線和降壓變電所牽引供電，是目前我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)的主要方式。由于電壓等級(jí)和電網(wǎng)制式不同，這就致使中性點(diǎn)接地方式也不盡相同，目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中中性點(diǎn)接地方式主要有以下幾種：如果出現(xiàn)單相接地短路，一般會(huì)采用零序電壓保護(hù)和檢測(cè)的三相三線制電網(wǎng)（6～10kV）；電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)節(jié)和調(diào)整連接方式的三相三線制電網(wǎng)（35～66kV）；相關(guān)故障容易被繼電保護(hù)設(shè)備檢測(cè)出的三相三線制電網(wǎng)（110～154kV）；三相三線制電網(wǎng)（220kV及以上）。

1.2中性點(diǎn)接地方式及零序電流保護(hù)的工作原理

1.2.1中性點(diǎn)接地方式。我國(guó)目前地鐵供電系統(tǒng)中普遍采用的接地方式是中性點(diǎn)直接接地，中性點(diǎn)直接接地的特征是電壓值為零且大地與中性點(diǎn)直接相連，電壓相對(duì)地電壓值在不出現(xiàn)任何故障的情況下是不變的，但是若出現(xiàn)故障，單相保護(hù)會(huì)立即啟動(dòng)起來(lái)，與此同時(shí)，斷路器也會(huì)發(fā)生跳閘，故障得以排除。

1.2.2零序電流保護(hù)的工作原理。在電力系統(tǒng)正常工作的情況下，零序電流不會(huì)在中性點(diǎn)直接接地時(shí)產(chǎn)生，但是，零序電流會(huì)在中性點(diǎn)接地短路時(shí)產(chǎn)生很大的電流。

為了符合系統(tǒng)保護(hù)的需求，零序電流可以分為以下四個(gè)階段：零序電流速斷保護(hù)階段，在非全相運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，單相故障切除后電流產(chǎn)生閉鎖現(xiàn)象，保護(hù)的范圍在動(dòng)作電流小時(shí)反而較大；零序電流限時(shí)速斷保護(hù)階段，零序電流限時(shí)速斷保護(hù)階段的起動(dòng)電流需要配合下一段線路的零序電流速斷保護(hù)階段進(jìn)行保護(hù)；零序過(guò)電流保護(hù)階段，這一階段的主要作用是保護(hù)相間短路過(guò)電流，零序過(guò)電流保護(hù)階段一般作為后備來(lái)使用；方向性零序電流保護(hù)階段，零序電流的實(shí)際流向是故障點(diǎn)流向各個(gè)中性點(diǎn)接地的變壓器，所以，在電網(wǎng)中的變壓器接地較多的情況下，必須考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作的方向性。

2地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施

2.1零序保護(hù)存在的問(wèn)題

在目前我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)中存在著以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：變壓器中性點(diǎn)在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，對(duì)地偏移電壓被限制在一定的范圍內(nèi)，中性點(diǎn)間隙保護(hù)的作用得不到發(fā)揮，這樣會(huì)造成間隙放電及保護(hù)存在一定程度的偶然性，并且由于間隙擊穿過(guò)程中諧波的產(chǎn)生，也不利于變壓器匝間絕緣；對(duì)于保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有零序過(guò)電壓保護(hù)的情況下只設(shè)置間隙電流保護(hù)是不夠的，放電電流在間歇性擊穿時(shí)出現(xiàn)中斷，間隙電流保護(hù)的作用得不到實(shí)現(xiàn)，中性點(diǎn)不接地，變壓器將無(wú)法脫離故障電網(wǎng)。

2.2零序保護(hù)改進(jìn)措施

針對(duì)我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)中存在的問(wèn)題，提出以下零序保護(hù)改進(jìn)措施：為了確保供電系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)，并保證電源端變壓器中性點(diǎn)有效接地，設(shè)置變壓器中性點(diǎn)間隙電流和零序過(guò)電壓保護(hù)；在設(shè)計(jì)階段，對(duì)于將來(lái)可能帶電源或者電源端變壓器，應(yīng)考慮包括母線開(kāi)三角零序電壓保護(hù)、中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)在內(nèi)的完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)；增大原先裝設(shè)的中性點(diǎn)間隙距離，從而為避免出現(xiàn)中性點(diǎn)間隙搶先放電的情況。

3實(shí)例分析

深圳地鐵一期工程35kV供電系統(tǒng)采用的電流保護(hù)采樣元件是電流傳感器，此元器件自投運(yùn)以來(lái)共發(fā)生5起零序電流保護(hù)誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致地鐵出現(xiàn)大面積停電事故，這5起零序保護(hù)動(dòng)作具有如下共同特點(diǎn)：每次零序保護(hù)動(dòng)作都是故障相電流呈下降趨勢(shì)，電壓變化很小，試送電均能成功；進(jìn)線故障相電流比對(duì)應(yīng)饋出量總和?。黄渲幸幌嚯娏鞅日上嚯娏鬏^小，一般小于10A；此現(xiàn)象具有隨意性、短時(shí)性、離散性；此故障特征主要表現(xiàn)在傳感器電流回路。造成以上的原因主要是：深圳地鐵一期工程一號(hào)線和四號(hào)線33kV開(kāi)關(guān)設(shè)備采用ABB的ZX2型號(hào)開(kāi)關(guān)柜，電流、電壓互感器使用組合傳感器采集系統(tǒng)電流、電壓信號(hào)，保護(hù)使用REF542+繼電保護(hù)裝置，由于系統(tǒng)電源的直流分量較大，導(dǎo)致三相的電流不平衡，有時(shí)會(huì)造成零序保護(hù)動(dòng)作。

深圳地鐵續(xù)建工程已進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，電流保護(hù)回路不再采用電流傳感器，而是采用保護(hù)CT，針對(duì)此保護(hù)誤動(dòng)作制定了3種方案，以下為零序保護(hù)整改的3種方案：

方案一：在進(jìn)線柜或出線柜的電纜側(cè)（電纜層）增加3個(gè)穿心式電流互感器代替目前使用的電流傳感器；繼續(xù)使用目前電壓傳感器但是增加了電流互感器；保護(hù)裝置更換REF542+模擬量卡，換為4個(gè)傳感器和4個(gè)AT口的模擬量卡；增加了端子排及相關(guān)回路的二次布線，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為5h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：能有效解決目前發(fā)生的零序保護(hù)誤動(dòng)作事件，可靠性較高；缺點(diǎn)：工作量較大，整改周期長(zhǎng)。

方案二：采用電壓閉鎖電流模塊的方法（此方案只能在出線柜使用），沒(méi)有增加電流互感器，使用更改程序的辦法進(jìn)行解決，對(duì)程序進(jìn)行修改，同時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)單相接地的情況，計(jì)算出電壓閉鎖值的范圍，現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)該定值進(jìn)行定值校驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為3h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：工作量相對(duì)較少，容易實(shí)施，且能可靠防止出線柜的誤動(dòng)；缺點(diǎn)：工作量較小，整改周期長(zhǎng)，對(duì)進(jìn)線柜的可靠性差。

方案三：一次部分保持不動(dòng)，二次部分更換帶電顯示器，電壓閉鎖信號(hào)采用帶電顯示裝置的出口信號(hào)代替，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的程序進(jìn)行修改，增加閉鎖信號(hào)回路接線和帶有電閉鎖型的帶電顯示器，現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間為5h/臺(tái)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、費(fèi)用少，無(wú)需改動(dòng)一次部分；缺點(diǎn)：工作量較大，整改周期長(zhǎng)，可靠性一般。

在深圳地鐵會(huì)展中心1號(hào)線站H22柜于2005年6月5日增加低壓閉鎖零序電流保護(hù)功能方案，此方案運(yùn)行至今未發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)，對(duì)于會(huì)展中心1號(hào)線站采用如下方案：為了避免因電磁干擾引起零序電流保護(hù)誤動(dòng)作，增加低電壓閉鎖零序電流保護(hù)功能，零序電流保護(hù)只有在低于整定的閉鎖電壓值時(shí)，其保護(hù)出口才能啟動(dòng)；若線電壓高于閉鎖電壓值，實(shí)際的零序電流再大也不能有保護(hù)出口。

4結(jié)語(yǔ)

本文以深圳地鐵一期工程35kV供電系統(tǒng)為例，該供電系統(tǒng)采用ABBZX2開(kāi)關(guān)柜和中性點(diǎn)直接接地方式，這種連接方式在非故障相電位變化較小的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的接地電流，在運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生單相接地故障，不能準(zhǔn)確有效地保護(hù)供電系統(tǒng)。通過(guò)上面分析地鐵供電系統(tǒng)零序保護(hù)存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施以及深圳地鐵會(huì)展中心1號(hào)線站已試點(diǎn)部分防止零序保護(hù)誤動(dòng)作方案的應(yīng)用，我們可以看到，零序保護(hù)能使地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行得到

保證。

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作者簡(jiǎn)介：鄭聃（1985-），男（土家族），重慶酉陽(yáng)人，供職于深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：周瓊）q