地鐵35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)跳閘技術(shù)分析

摘? 要：針對地鐵供電設(shè)備故障率較高現(xiàn)象，特選擇對地鐵35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)跳閘技術(shù)展開詳細(xì)分析。首先對常見地鐵供電方式及其優(yōu)勢與不足進(jìn)行了簡要的概括分析，隨后探討了地鐵35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)跳閘原因，概述了6種引起跳閘的故障現(xiàn)象，最后結(jié)合跳閘原因排查確定故障點(diǎn)，采取針對性處理措施恢復(fù)地鐵正常供電方式，更好地保障了地鐵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營，在軌道交通地鐵供電領(lǐng)域具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：供電方式;35 kV開關(guān)柜;光纖差動保護(hù);故障點(diǎn)

0? ? 引言

如今隨著城市交通壓力不斷增加，地鐵運(yùn)營負(fù)載也在不斷增加，因此地鐵供電系統(tǒng)面臨的供電負(fù)荷越來越重，導(dǎo)致地鐵供電設(shè)備出現(xiàn)各種故障問題的概率增高，致使實(shí)際維修維護(hù)供電設(shè)備成本大大增加。通過在地鐵供電設(shè)備35 kV開關(guān)柜中安裝光纖差動保護(hù)裝置，能夠更好地保障供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)也便于及時(shí)進(jìn)行故障定位、故障記錄、故障錄波與有效處理，使得地鐵能夠快速恢復(fù)正常供電，保障地鐵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營。

1? ? 地鐵供電方式分析

地鐵供電系統(tǒng)主要為電客車、車站及區(qū)間的動力照明負(fù)荷提供電能，保障地鐵安全、可靠、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。依據(jù)地鐵外部電源供電方式的區(qū)別，供電方式一般分為三種[1]：

（1）集中供電方式。在這種供電方式下，通常是在地鐵沿線建立一個(gè)專門的主變電所，主變電所負(fù)責(zé)將電網(wǎng)110 kV電壓轉(zhuǎn)換成10 kV或35 kV，為地鐵電力設(shè)備集中供電。該方式通常對于變壓器等關(guān)鍵設(shè)備有著非常嚴(yán)格的性能要求，其主要優(yōu)點(diǎn)是更加便于管理控制地鐵內(nèi)部供電系統(tǒng)的電源，為后續(xù)的供電設(shè)備停電日常維修和應(yīng)急故障處理也帶來諸多便利，不需進(jìn)行分散線路敷設(shè)，使得線路電纜管理便捷，實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng);不足之處是投資成本較高，對線路保護(hù)功能要求較為全面[2]。

（2）分散供電方式。在這種供電方式下，通常會在地鐵沿線設(shè)立電網(wǎng)直接供電的多個(gè)開閉所，地鐵在運(yùn)行中的電能需求都是由開閉所提供的，在每個(gè)開閉所中，均設(shè)置有兩路供電電源為地鐵供電設(shè)備提供電能，雙重保障，避免意外發(fā)生。該方式優(yōu)點(diǎn)是能夠更好地保障地鐵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，即使某個(gè)開閉所因故障退出運(yùn)行，相鄰開閉所可通過聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)此區(qū)域的地鐵供電，不會影響到其他線路區(qū)域的地鐵運(yùn)行;不足之處是由于開閉所接入口較多，因此實(shí)際管理與控制較為復(fù)雜。

（3）混合供電方式。在這種供電方式下，通常是將集中供電方式和分散供電方式組合在一起，并以集中供電為主，以分散供電為輔，從而可將上述兩種供電方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。該方式理論上是一種最佳供電方式，不足之處在于由于其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用操作比較困難，不利于進(jìn)行統(tǒng)一管理。由于難度高，該方式目前實(shí)際應(yīng)用比較少[3]。

2? ? 35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)跳閘原因

地鐵無論選擇上述哪種供電方式下運(yùn)行，地鐵供電設(shè)備均是其重要組成部分，一旦高壓設(shè)備出現(xiàn)故障問題，很有可能會觸發(fā)35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)裝置動作跳閘，而導(dǎo)致光纖差動保護(hù)跳閘的原因包含多種[4]：

（1）地鐵35 kV開關(guān)柜環(huán)網(wǎng)電纜擊穿、破損或柜內(nèi)元器件存在引線接頭松動、破損、脫落等問題，從而可能導(dǎo)致供電設(shè)備間接接地，引發(fā)跳閘保護(hù)動作;

（2）地鐵35 kV開關(guān)柜斷路器、絕緣子出現(xiàn)損壞或線路因絕緣性能降低出現(xiàn)閃絡(luò)，同樣會引發(fā)短路導(dǎo)致跳閘故障;

（3）地鐵35 kV開關(guān)柜通常配置有電壓互感器，一般電壓互感器出現(xiàn)故障問題，也會觸發(fā)光纖差動保護(hù)裝置引起跳閘保護(hù)動作;

（4）地鐵35 kV開關(guān)柜配置有三工位隔離開關(guān)，該裝置絕緣子出現(xiàn)損壞問題，也會觸發(fā)跳閘保護(hù)動作;

（5）地鐵35 kV開關(guān)柜通常與避雷器等設(shè)備相連，雖然避雷器具有殘壓值低、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但若避雷器出現(xiàn)擊穿或其他故障，也有可能會觸發(fā)光纖差動保護(hù)裝置引起跳閘保護(hù)動作;

（6）地鐵35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)裝置通信質(zhì)量異常，內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)紊亂，丟包率達(dá)40%以上，發(fā)送錯(cuò)誤信號，同樣可能會引發(fā)跳閘保護(hù)動作。

3? ? 光纖差動保護(hù)跳閘處理

地鐵35 kV開關(guān)柜出現(xiàn)故障觸發(fā)光纖差動保護(hù)裝置時(shí)，線路光纖差動保護(hù)繼電器以光纖為通信介質(zhì)，通過分相比較被保護(hù)線路兩端電流及相角的差異[5]，結(jié)合不同的制動特性，從而快速、有選擇性地識別、切除故障，有利于縮小故障影響范圍，爭取最快時(shí)間恢復(fù)正常供電方式。

3.1? ? 排查確定故障點(diǎn)

當(dāng)?shù)罔F供電設(shè)備出現(xiàn)故障后，一般會產(chǎn)生較大的故障電流，從而觸發(fā)35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)跳閘，相鄰線路或元器件會發(fā)出信號，同時(shí)故障錄波器也會“應(yīng)聲”啟動錄波功能。

首先需要確定地鐵供電電纜的故障點(diǎn)，然后做好電纜修復(fù)工作，同時(shí)排查35 kV開關(guān)柜及相關(guān)設(shè)備故障點(diǎn)，隨后再立足于光纖差動保護(hù)裝置本身，做好其內(nèi)部邏輯的檢查與缺陷處理，如果相鄰線路或元器件保護(hù)啟動數(shù)量比較少，那么實(shí)際顯示的故障波形通常不會發(fā)生較大變化，則很有可能是沒有出現(xiàn)故障問題，光纖差動保護(hù)存在誤動作，但也有可能是其他原因?qū)е碌姆枪收咸l。因此，仍需要地鐵變電所值班員提高警惕，加強(qiáng)巡視檢查，在夜間地鐵停運(yùn)斷電后進(jìn)一步排查保護(hù)裝置具體故障原因。

3.2? ? 針對性處理措施

在實(shí)際檢查過程中，可以遵循故障點(diǎn)優(yōu)先原則，先對附近故障點(diǎn)分段啟動自投，讓非故障元件能夠順利恢復(fù)供電處于熱備狀態(tài)，從而有效保持原本的線路運(yùn)行方式。

如果是環(huán)線故障，在光纖差動保護(hù)退出后，可以在后備電流保護(hù)的幫助下，直接切除故障。同時(shí)對于上級環(huán)網(wǎng)線路光纖差動保護(hù)而言，一般會受到穿越性電流影響，不會觸發(fā)跳閘保護(hù)動作，降低了跳閘概率。而對于Ⅰ段母線或Ⅱ段母線失電情況，可以進(jìn)行純無壓檢定邏輯的設(shè)置，迅速啟動備自投，保證失電母線快速恢復(fù)供電[6]。

與此同時(shí)，還應(yīng)及時(shí)確認(rèn)地鐵供電設(shè)備上其他斷路器是否跳閘，做好合適的供電電源調(diào)度，促使其靈敏度得到不斷提升，然后嘗試重新試送電。如果送電成功，再逐一對停電線路送電;若不成功，還應(yīng)注意啟用備用電源，避免出現(xiàn)地鐵停運(yùn)問題。針對失壓的中低壓側(cè)設(shè)備，可以先恢復(fù)供電，盡可能降低故障損失;針對運(yùn)行中的地鐵，先通后復(fù)，等地鐵停運(yùn)后再集中力量進(jìn)行故障處理，以免對地鐵正常運(yùn)行帶來不利影響。

除此之外，還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)網(wǎng)電纜日常巡檢工作，做好絕緣性檢查工作，應(yīng)全面核查相應(yīng)邏輯閉鎖程序，從而更好地保障設(shè)備的供電安全。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，地鐵在實(shí)際運(yùn)行過程中，通常需要持續(xù)穩(wěn)定的電源供應(yīng)，一旦地鐵供電設(shè)備出現(xiàn)故障問題，將會觸發(fā)35 kV開關(guān)柜光纖差動保護(hù)裝置引起跳閘問題。因此，為保證地鐵能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營，需在出現(xiàn)跳閘后及時(shí)排查確定故障位置，并采取針對性措施進(jìn)行處理，從而及時(shí)恢復(fù)地鐵正常供電。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2020-07-03

作者簡介：路成強(qiáng)（1993—），男，天津人，碩士研究生，研究方向：軌道交通自動化控制技術(shù)。