地鐵大分區(qū)供電方式下的保護(hù)方案研究

商曉峰

摘要：本文將結(jié)合筆者參與的無(wú)錫地鐵1，2號(hào)線的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合目前主要的繼電保護(hù)裝置，總結(jié)出一些關(guān)于大分區(qū)供電保護(hù)方案的經(jīng)驗(yàn)，并提出一些探索性的建議與看法。

關(guān)鍵詞：無(wú)錫地鐵;供電;方式;可靠性

目前，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。城軌供電系統(tǒng)作為城市軌道交通正常運(yùn)行的重要保障系統(tǒng)，歷來(lái)受到各方重視。城軌環(huán)網(wǎng)作為城軌供電系統(tǒng)的主動(dòng)脈，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系著城市軌道交通的正常營(yíng)運(yùn)。城軌環(huán)網(wǎng)建設(shè)歷經(jīng)了從小分區(qū)到大分區(qū)的階段，無(wú)錫地鐵1，2號(hào)線也采用了大分區(qū)供電方式。大分區(qū)供電方式相較于小分區(qū)供電方式而言，可以減少環(huán)網(wǎng)電纜的敷設(shè)，一方面減少電纜敷設(shè)空間，另一方面可以節(jié)省電纜投資，因而在新建線路中受到各方普遍的認(rèn)可。大分區(qū)供電方式下，一路進(jìn)線在正在情況可以帶4～5個(gè)變電所，在越區(qū)供電時(shí)，則可能帶多至8～10個(gè)所。在這種情況下，傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)方案，不能很好的滿足保護(hù)方案的選擇性要求。因此，近年來(lái)對(duì)于大分區(qū)供電方式下，新型保護(hù)方案的研究日趨受到重視。

1、方案原理

通過(guò)分析典型軌道交通供電系統(tǒng)接線方案可以發(fā)現(xiàn)：通過(guò)檢測(cè)對(duì)比同一段母線上，進(jìn)出線回路的電流，來(lái)確定故障區(qū)域。利用該特點(diǎn)，并結(jié)合保護(hù)裝置的閉鎖過(guò)流邏輯功能，從而實(shí)現(xiàn)大分區(qū)下過(guò)流保護(hù)的選擇性。其具體實(shí)施方案如下所述。

1.1、保護(hù)配置方案

環(huán)網(wǎng)進(jìn)線或出線的保護(hù)配置如下。

（1）縱差保護(hù)裝置（GC）：線路縱差保護(hù)。

（2）微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置（ZB）：過(guò)流保護(hù)（設(shè)置3段），零序過(guò)流保護(hù)（設(shè)置3段）。

饋線配置微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置（ZB），設(shè)置過(guò)流保護(hù)，零序過(guò)流保護(hù)，饋線失靈保護(hù)。

結(jié)合時(shí)限，具體配置如下：

無(wú)錫地鐵2號(hào)線供電系統(tǒng)保護(hù)配置實(shí)例

假定上級(jí)進(jìn)線電源后備保護(hù)時(shí)間為1.2s，對(duì)于地鐵站進(jìn)出線而言，縱差保護(hù)始終開放，微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置作為后備保護(hù)，設(shè)置三段過(guò)流保護(hù)，時(shí)間設(shè)置分別為0.4s、0.8s、1.0s。正常情況下，I段、II段過(guò)流保護(hù)被閉鎖，III段保護(hù)永久開放。定義閉鎖信號(hào)：x。當(dāng)進(jìn)、出線回路差動(dòng)未啟動(dòng)且有故障電流時(shí)，定義x=1，其余情況x=0。僅當(dāng)本間隔的保護(hù)裝置x=1，對(duì)側(cè)間隔（同一母線的另一間隔）的保護(hù)裝置x=0時(shí)，方能解鎖本間隔保護(hù)裝置I段過(guò)流。

當(dāng)縱差保護(hù)保護(hù)裝置有一臺(tái)退出運(yùn)行時(shí)，則開放本間隔微機(jī)保護(hù)裝置II段過(guò)流。

1.2保護(hù)動(dòng)作分析

對(duì)于35kV供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，本文歸結(jié)為5個(gè)點(diǎn)，分別為區(qū)間故障點(diǎn)A，站內(nèi)母線故障點(diǎn)B，饋線故障點(diǎn)C，母聯(lián)合閘運(yùn)行時(shí)，站內(nèi)另一段母線故障點(diǎn)D，區(qū)外故障點(diǎn)E。當(dāng)上述故障點(diǎn)，發(fā)生故障時(shí)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作做如下分析：

1.2.1? 所有保護(hù)裝置及光纖通道正常情況下

（1）故障點(diǎn)A，即區(qū)間發(fā)生電纜故障

3斷路器后備保護(hù)I段（3#x=1，4#x=0）和III段運(yùn)行，2斷路器后備保護(hù)I段（光差遠(yuǎn)傳）和III段運(yùn)行;正常情況下差動(dòng)跳0秒開4、5號(hào)斷路器，2、3后備過(guò)流保護(hù)I段作為4號(hào)斷路器失靈后備保護(hù);如果4號(hào)斷路器失靈，2、3后備過(guò)流保護(hù)I段同時(shí)跳開切除故障。

（2）故障點(diǎn)B，即站內(nèi)母線發(fā)生故障

3斷路器后備保護(hù)I段（3#x=1，4#x=0）和III段運(yùn)行，2斷路器后備保護(hù)I段（光差遠(yuǎn)傳）和III段運(yùn)行;3、2號(hào)斷路器過(guò)流I段0.4s同時(shí)切除故障;如果3號(hào)斷路器失靈，2也同時(shí)跳開切除故障。

（3）故障點(diǎn)C，即饋線發(fā)生故障

3斷路器后備保護(hù)I段（3#x=1，4#x=0）和III段運(yùn)行，2斷路器后備保護(hù)I段（光差遠(yuǎn)傳）和III段運(yùn)行;J斷路器0.2s切除故障;如果J斷路器失靈，2、3后備過(guò)流保護(hù)I段同時(shí)0.4s跳開切除故障。

（4）故障點(diǎn)D，即母聯(lián)合閘運(yùn)行，系統(tǒng)的故障分析

當(dāng)母聯(lián)合閘運(yùn)行的時(shí)候，同時(shí)判斷功率流向?yàn)檎较驎r(shí)（即通過(guò)母聯(lián)向下級(jí)站供電），動(dòng)態(tài)將過(guò)流I段延時(shí)抬高至0.6s;母聯(lián)合閘瞬間開放母聯(lián)充電保護(hù)，經(jīng)一定延時(shí)后退出;3斷路器后備保護(hù)I段（3#x=1，4#x=0）和III段運(yùn)行;2斷路器后備保護(hù)I段（光差遠(yuǎn)傳）和III段運(yùn)行;3斷路器過(guò)流I段延時(shí)經(jīng)0.6s切除故障;如果3斷路器失靈，2同時(shí)跳開切除故障。

（5）故障點(diǎn)E，即外部故障

此時(shí)進(jìn)出線的x=1，由另外站（判斷為站內(nèi)故障的站）的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)過(guò)流I段加速。本站過(guò)流I段閉鎖。

2、對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求

采用本文所描述的方案，繼電保護(hù)裝置除具有常規(guī)要求的各種功能外，還須滿足以下要求。

1）縱差保護(hù)裝置：具有常規(guī)的分相差動(dòng)保護(hù)功能及簡(jiǎn)單的過(guò)流后備功能，具備一定的可編程邏輯能力，能夠提供裝置故障硬接點(diǎn)輸出信號(hào)。

2）進(jìn)或出線微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置：能夠提供定時(shí)限過(guò)電流、零序過(guò)電流保護(hù)，且每種保護(hù)提供4個(gè)以上相互獨(dú)立的電流元件;每個(gè)元件應(yīng)具有至少3個(gè)獨(dú)立整定值組，以適應(yīng)不同的運(yùn)行方式，定值組可通過(guò)當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方進(jìn)行切換;每個(gè)電流元件均可由外部光隔輸入信號(hào)啟動(dòng)或閉鎖;保護(hù)裝置應(yīng)具有不經(jīng)延時(shí)的硬接點(diǎn)輸出，且該輸出接點(diǎn)可由用戶進(jìn)行定義;保護(hù)裝置需具有較強(qiáng)的邏輯可編程能力。

3、可靠性分析

該方案的關(guān)鍵點(diǎn)在于裝置邏輯閉鎖保護(hù)功能的可靠性，準(zhǔn)確判斷進(jìn)出線x=1或0的情況。從保護(hù)裝置來(lái)看，目前各進(jìn)口或合資品牌的保護(hù)裝置均均具備此功能;該方案在其他行業(yè)也有應(yīng)用，運(yùn)行情況良好;目前已經(jīng)開通的無(wú)錫地鐵1、2號(hào)線均采用了該方案。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)靈活應(yīng)用微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的邏輯可編程功能及閉鎖過(guò)流邏輯功能，可以較好地解決大分區(qū)供電方式下，保護(hù)選擇性配合困難的問(wèn)題，基本不增加系統(tǒng)投資，即將開始建設(shè)的無(wú)錫地鐵3號(hào)線供電系統(tǒng)也擬采用本文所述方案。