簡析地鐵供電系統(tǒng)電流選跳保護及方案優(yōu)化

李斌冰

摘 要：電流選跳保護是基于計算機和電子信息技術發(fā)展而來的一種新型速動保護，當?shù)罔F供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，通過對故障信息的分析、判斷，實現(xiàn)有選擇性的快速跳閘，從而有效防止了問題的擴大化。目前，電流選跳保護方案已經(jīng)在國內(nèi)各地區(qū)地鐵站得到了廣泛應用。文章首先概述了電流選跳保護的工作原理，隨后對地鐵供電系統(tǒng)中保護配置進行了分析，最后在分析電流選跳保護應用優(yōu)缺點的基礎上，提出了具體的優(yōu)化方案。

關鍵詞：地鐵；供電系統(tǒng)；電流選跳保護；方案優(yōu)化

1 電流選跳保護的工作原理

1.1 環(huán)網(wǎng)選跳保護實現(xiàn)原理

線路兩側(cè)的進出線均設有電流選跳保護裝置，運行中電纜兩側(cè)的保護裝置各自檢測本側(cè)是否有過電流，通過二者之間的光纖通信電纜，將是否有過電流的信號通知給對方。電流選跳保護收到對方的信號后在極短時間內(nèi)進行邏輯判斷，根據(jù)線路兩端是否同時流過故障電流判斷出區(qū)內(nèi)或區(qū)外范圍故障，確定是否跳閘或閉鎖跳閘。

1.2 母線選跳保護原理

當母線發(fā)生短路故障時，在與母線連接的所有進出線、饋線只有一路進線存在短路電流，將這些保護裝置聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)各裝置的信息共享或相互“通知”，經(jīng)過比較、判斷，確定故障區(qū)段而快速跳閘，實現(xiàn)母線保護功能。

2 地鐵中壓供電系統(tǒng)及保護配置分析

近年來，國內(nèi)各地區(qū)紛紛投資建設地鐵，為了降低地鐵綜合造價以及環(huán)網(wǎng)電纜投資，業(yè)內(nèi)通常采用“大分區(qū)”供電方案，為了給地鐵運行提供充足的電力，每個分區(qū)內(nèi)變電所的數(shù)量也相應增加，從原來的3個增加至6個以上。

2.1 傳統(tǒng)保護配置方案

地鐵供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)每個35（33）kV進、出線傳統(tǒng)保護配置方案：光纖線路差動保護為主保護，定時限過電流和零序過電流保護為后備保護。以上保護配置方案可做到對各種常見短路故障的可靠保護，但上述保護配置存在一定的局限性和不足，尤其在大供電分區(qū)中顯得更為突出。

2.2 傳統(tǒng)過電流保護的不足

首先，為了保證母線運行安全，應當嚴格按照相關的設計要求，在35kV變電所中配置母線保護。但是在實際工作中，出于價格成本考慮，并沒有對母線進行專門保護。如圖1所示，在這種情況下，電壓互感器直接插在母線上，容易出現(xiàn)短路故障，對開關柜母線造成嚴重的危害。

其次，后備保護中，過流保護的速動性和選擇性之間難以做到平衡與協(xié)調(diào)。在過流保護中，如果要想確保保護動作的快速性，就必須要犧牲選擇性。例如，地鐵供電系統(tǒng)中的故障源距離變電所越近，那么所產(chǎn)生的短路電流就越大，在這種情況下，應當盡快切斷電源。但是在實際運營中，為了保證選擇性，過流保護的動作時間超出標準規(guī)定，不利于故障問題的及時控制。如圖2所示。

3 電流選跳保護的優(yōu)缺點分析

雖然電流選跳保護結(jié)合了信息化技術，但是從本質(zhì)上來說仍然屬于過電流保護，與傳統(tǒng)的過流保護相比，電流選跳保護既有自身獨特的應用優(yōu)勢，也存在許多亟待改進的地方。

3.1 優(yōu)點

首先，電流選跳保護能夠在故障發(fā)生的第一時間，迅速判定故障發(fā)生的精確位置，從而有效避免了故障的擴大化。同時，根據(jù)信息分析實現(xiàn)選擇性跳閘，動作時間一般維持在40ms左右，解決了傳統(tǒng)過流保護中速動性與選擇性的矛盾。其次，差動保護雖然動作時間與電流選跳保護類似，但是差動保護容易出現(xiàn)光纖信號異常、斷路器扭動等問題，而電流選跳保護則具備后備保護功能，即便是出現(xiàn)上述問題，也能夠保證正常跳閘動作。再次，電流選跳保護的保護范圍具有較強的波動性，不會受到供電分區(qū)的大小以及其他因素的影響，滿足現(xiàn)階段大分區(qū)環(huán)網(wǎng)接線的供電環(huán)境。最后，電流選跳保護的覆蓋范圍較廣，除了對環(huán)網(wǎng)電纜進行保護外，還能夠為開關柜母線提供保護，確保了整個地鐵供電系統(tǒng)的安全。

3.2 缺點

第一，電流選跳保護雖然動作較快，但是要想達到啟動條件，還需要借助于其他輔助裝置。例如，一般狀況下只有同時滿足“裝備故障、信號異常、斷路器扭動”三種條件時，才能夠啟動保護作用，在一定程度上降低了電流選跳保護的可靠性。第二，電流選跳保護的啟動電流是根據(jù)線路額定負荷電流來確定的，但是在地鐵供電系統(tǒng)正常運行條件下，電流值低于最大負荷電流，因此電流選跳保護的靈敏度也要低于差動保護。第三，為了確保變電所內(nèi)各部分裝置之間能夠做到信息互通，必須用導線將各個裝置進行并聯(lián)。這就導致整個系統(tǒng)內(nèi)接線口數(shù)量較多，給正常的檢修工作帶來了困難。

4 電流選跳保護的優(yōu)化方案

在辯證分析電流選跳保護的優(yōu)缺點之后，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，提出了針對電流選跳保護的優(yōu)化方案，具體如下。

第一，在“大分區(qū)”供電系統(tǒng)中，杜絕以往采用單一保護的方案，而是綜合各種保護方案的應用優(yōu)勢，實現(xiàn)差動保護、選跳保護以及限流保護的多層次結(jié)合。這樣一來，能夠最大限度的避免單一保護方式所存在的局限性，從而極大的提高了供電系統(tǒng)保護的安全性。第二，由于地鐵供電系統(tǒng)較為復雜，因此部分情況下會出現(xiàn)多處故障同時發(fā)生的情況。當兩處及以上故障同時出現(xiàn)時，處理器通過信息分析和優(yōu)先級判斷，確定優(yōu)先保護方案，從而首先解決危害性較大的故障問題，隨后處理優(yōu)先級別較低的問題。第三，如果差動裝置和通信裝置出現(xiàn)問題，則需要選跳保護啟動本地斷路器跳閘。如果是斷路器和差動裝置出現(xiàn)問題，則需要由本地選跳保護的后備保護啟動上級短路器跳閘。

5 結(jié)束語

開展“大分區(qū)”環(huán)網(wǎng)接線建設是地鐵供電系統(tǒng)未來發(fā)展的主流趨勢，具有建設成本低、系統(tǒng)簡單等特點。其中，電流選跳保護作為一種集合了計算機等多種現(xiàn)代科技的地鐵供電系統(tǒng)保護方案，能夠有效解決傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中的普遍問題。但是通過實踐應用也發(fā)現(xiàn)，電流選跳保護由于通訊方式、保護原理等因素的影響，仍然存在一些弊端，需要相關的管理人員結(jié)合實際，在綜合分析的基礎上，不斷實現(xiàn)電流選跳保護的方案優(yōu)化。

參考文獻

[1]劉曉暉，肖濤古，鐘建恩，等.數(shù)字通信過電流選跳保護在地鐵大環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中的應用[J].城市軌道交通研究，2015，18（6）：137-

140.

[2]鮑鳴.一種35kV大分區(qū)供電保護方案在地鐵中的應用分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（4）：19-22.

[3]劉曉暉，肖濤古，鐘建恩，等.數(shù)字通信過電流選跳保護在地鐵大環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中的應用[J].城市軌道交通研究，2015，18（6）：137-

140.