城市軌道交通中壓環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063

摘要 目前，城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)方案中，一般采用光纖差動(dòng)+過(guò)電流保護(hù)方案，該保護(hù)方案在實(shí)際應(yīng)用中存在著開關(guān)柜柜間二次接線較多，連線較復(fù)雜等困難。對(duì)此，本文基于IEC 61850通信協(xié)議，對(duì)數(shù)字通信電流保護(hù)方案進(jìn)行了研究，對(duì)原過(guò)電流保護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；中壓環(huán)網(wǎng)；繼電保護(hù)方案；

1 引言

目前，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)正處于快速發(fā)展階段。近年，已建或在建的城市軌道交通中，如上海、南京、廣州、無(wú)錫、蘇州、徐州等城軌線路的供電系統(tǒng)，均采用了110kV/35kV集中供電方式，網(wǎng)絡(luò)形式上則選擇為環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，繼電保護(hù)方案采用光纖縱差+過(guò)電流保護(hù)方案。由于電纜造價(jià)昂貴且地下空間緊張，為了節(jié)省電纜敷設(shè)空間和電纜投資，近年來(lái)在環(huán)網(wǎng)供電方案中，逐步采用了大分區(qū)供電方式。為了解決大分區(qū)供電方案中，傳統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)時(shí)間級(jí)差不夠的問(wèn)題，各保護(hù)廠家提出了各自改進(jìn)的過(guò)電流保護(hù)方案，此類方案一般通過(guò)硬接線在保護(hù)裝置之間實(shí)現(xiàn)閉鎖，可以適應(yīng)目前大分區(qū)供電的運(yùn)行方式。但是由于采用了大量的電流元件閉鎖，造成柜間二次連線較多，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)周期較長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)后檢修維護(hù)工作量較大。針對(duì)此類問(wèn)題，本文研究了一種基于IEC61850的數(shù)字通信過(guò)電流保護(hù)方案，該方案通過(guò)邏輯編程以及通信網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的自動(dòng)查找和快速切除。同時(shí)，該方案采用通信方式，減少了大量二次連接線及繼電器，使保護(hù)的可靠性及速動(dòng)性得到了提升。

2 基于IEC61850數(shù)字通信過(guò)電流保護(hù)原理

2.1 保護(hù)原理

2.1.1 組網(wǎng)方案

GOOSE通信是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中為滿足對(duì)變電站自動(dòng)化快速報(bào)文需求建立的通信機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能電子裝置間的信息傳遞，信息傳輸成功率高。數(shù)字通信電流保護(hù)方案中，對(duì)GOOSE通信機(jī)制進(jìn)行了充分應(yīng)用，在該網(wǎng)絡(luò)中，該通信方式能夠?qū)鹘y(tǒng)接線方式中閉鎖信號(hào)、跳閘命令以及開關(guān)位置的硬接線方式進(jìn)行替代，能夠很好的滿足繼電保護(hù)方案對(duì)實(shí)時(shí)性、安全性以及可靠性的基本要求。同時(shí)，為了進(jìn)一步確保數(shù)字通信方式運(yùn)行的可靠性，本方案采用了A、B雙網(wǎng)絡(luò)配置，并以光纖作為通信介質(zhì)。

2.1.2 進(jìn)出線及母線開關(guān)保護(hù)邏輯

數(shù)字通信電流保護(hù)方案基本原理建立在過(guò)電流保護(hù)基礎(chǔ)上，通過(guò)比較相關(guān)開關(guān)電流大小情況以及收到的閉鎖信號(hào)情況，進(jìn)行邏輯分析，最終確定保護(hù)動(dòng)作出口。進(jìn)、出線保護(hù)出口邏輯方面，當(dāng)開關(guān)柜保護(hù)裝置測(cè)得的電流有效值大于整定值時(shí)，如果在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到母線側(cè)閉鎖信號(hào)，或者沒(méi)有接收到環(huán)網(wǎng)側(cè)閉鎖信號(hào)，則會(huì)判定產(chǎn)生了區(qū)內(nèi)故障，并跳閘出口，否則就會(huì)判定為產(chǎn)生了區(qū)外故障。母線側(cè)閉鎖信號(hào)，指從本段母線側(cè)相鄰開關(guān)所發(fā)出的閉鎖信號(hào)；環(huán)網(wǎng)側(cè)閉鎖信號(hào)，指從網(wǎng)絡(luò)接收對(duì)側(cè)環(huán)網(wǎng)開關(guān)發(fā)出的閉鎖信號(hào)。母聯(lián)開關(guān)保護(hù)出口邏輯上，同進(jìn)、出線開關(guān)保護(hù)邏輯有相似的特點(diǎn)，同時(shí)環(huán)網(wǎng)對(duì)母線側(cè)閉鎖信號(hào)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，將其判定為I段母線側(cè)閉鎖信號(hào)或II段母線側(cè)閉鎖信號(hào)。零序過(guò)電流的保護(hù)邏輯同過(guò)電流保護(hù)邏輯基本相同，不再贅述。

2.2 整定計(jì)算

假設(shè)主所出口保護(hù)允許最長(zhǎng)時(shí)限為1.2s，環(huán)網(wǎng)進(jìn)、出線過(guò)電流保護(hù)設(shè)置，可分為三段：I段保護(hù)，時(shí)限為0.6s，各保護(hù)裝置及通信設(shè)施均正常工作，正常情況下閉鎖，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，相鄰保護(hù)裝置解除其閉鎖信號(hào)后，該段保護(hù)動(dòng)作；II段保護(hù)，時(shí)限為0.8s，該段保護(hù)為I段電流保護(hù)的后備保護(hù)，正常情況下閉鎖，當(dāng)發(fā)生通信故障或者某臺(tái)保護(hù)裝置退出后，啟動(dòng)II段保護(hù)；III段保護(hù)，為永久開放，時(shí)限為1s，當(dāng)故障發(fā)生后，I段、II段均未動(dòng)作時(shí)，III保護(hù)無(wú)選擇性動(dòng)作。在系統(tǒng)中，母聯(lián)開關(guān)同各級(jí)進(jìn)、出線所具有的電流保護(hù)相互之間無(wú)時(shí)限配合，而是通過(guò)保護(hù)邏輯的應(yīng)用對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)判斷，以滿足保護(hù)選擇性要求。饋線開關(guān)保護(hù)共設(shè)置兩段，均無(wú)閉鎖，其中I段為電流速斷保護(hù)，時(shí)限為0.1s，II段為過(guò)流保護(hù)，其時(shí)為0.3s，能夠同進(jìn)、出線過(guò)流I段保護(hù)進(jìn)行良好的配合。

2.3 不同故障情況的保護(hù)動(dòng)作分析

根據(jù)故障類型的不同，本節(jié)對(duì)不同開關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行了分析。針對(duì)我國(guó)某城市地鐵線路的供電分區(qū)內(nèi)不同類型故障，進(jìn)行了保護(hù)動(dòng)作分析，如下圖所示：

圖1 不同故障情況下的保護(hù)動(dòng)作分析

2.3.1 環(huán)網(wǎng)電纜故障

當(dāng)系統(tǒng)D1點(diǎn)位置出現(xiàn)故障時(shí)，A所的1#、2#開關(guān)與B所的3#、4#開關(guān)均流過(guò)故障電流，而其他位置則無(wú)故障電流。當(dāng)B所4#開關(guān)保護(hù)的電流值達(dá)到整定值時(shí)，會(huì)被C站變電所5#開關(guān)的閉鎖信號(hào)解鎖，而其他流過(guò)故障電流開關(guān)則會(huì)被相鄰開關(guān)閉鎖信號(hào)閉鎖。對(duì)此，可以確定在D1位置發(fā)生故障，4#開關(guān)啟動(dòng)過(guò)電流I段保護(hù)。

2.3.2 饋線故障

當(dāng)D2位置發(fā)生故障時(shí)，A所的1#、2#開關(guān)、B所的3#、4#開關(guān)以及C所的5#開關(guān)會(huì)流過(guò)故障電流，而其他位置則無(wú)故障電流。在流過(guò)故障電流的進(jìn)出線開關(guān)位置，均被相鄰開關(guān)閉鎖信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉鎖，而只有C所的開關(guān)L在流過(guò)故障電流的情況下無(wú)閉鎖信號(hào)。對(duì)此，可以確定在D2位置發(fā)生故障，開關(guān)L啟動(dòng)過(guò)電流保護(hù)。

2.3.3 母線故障

當(dāng)系統(tǒng)在D3位置發(fā)生故障時(shí)，A所的1#、2#開關(guān)、B所的3#、4#開關(guān)以及C所的5#開關(guān)會(huì)流過(guò)故障電流，而其他位置則無(wú)故障電流。當(dāng)C所5#開關(guān)的電流保護(hù)值達(dá)到整定值時(shí)，會(huì)被6#開關(guān)的閉鎖信號(hào)解鎖，而其他具有故障電流經(jīng)過(guò)的開關(guān)則會(huì)被相鄰開關(guān)閉鎖信號(hào)閉鎖。對(duì)此，可以確定在D3位置發(fā)生故障，5#開關(guān)啟動(dòng)過(guò)電流I段保護(hù)。

2.4 保護(hù)裝置故障對(duì)保護(hù)影響

當(dāng)該系統(tǒng)通信發(fā)生故障時(shí)，由于該保護(hù)通信網(wǎng)以雙網(wǎng)冗余的方式實(shí)現(xiàn)配置，在其中一個(gè)發(fā)生故障問(wèn)題之后則會(huì)自動(dòng)由另一個(gè)無(wú)故障的網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)通信功能。當(dāng)雙網(wǎng)全部發(fā)生故障問(wèn)題，或者站內(nèi)某一臺(tái)保護(hù)裝置退出時(shí)，則該站進(jìn)、出線保護(hù)裝置過(guò)電流保護(hù)I段退出，開放過(guò)流保護(hù)II段繼續(xù)運(yùn)行，以此保證系統(tǒng)能夠?qū)收线M(jìn)行及時(shí)、可靠的切除。不考慮通信保護(hù)全部故障的情況下，站內(nèi)同時(shí)還有保護(hù)裝置退出的情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字通信電流保護(hù)方案通過(guò)引入GOOSE服務(wù)，其良好的實(shí)時(shí)性、安全性以及可靠性可以較好的滿足環(huán)網(wǎng)大分區(qū)供電繼電保護(hù)的運(yùn)行要求。本文對(duì)基于IEC61850 GOOSE服務(wù)的城軌中壓環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)方案進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，該方案采用數(shù)字通信方式，減少大量的柜間二次連線，為建設(shè)城市軌道交通數(shù)字化變電站奠定了基礎(chǔ)，具有較好的應(yīng)用效果以及良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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