高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)運(yùn)用探討

張 博

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司東北分院，黑龍江 哈爾濱 150006

0 引言

當(dāng)前我國(guó)高速鐵路的建設(shè)蓬勃發(fā)展，以其舒適、快捷的服務(wù)得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。高鐵電力供電系統(tǒng)是高鐵建設(shè)中必不可少的一部分，而高鐵配電所作為電力供電系統(tǒng)的關(guān)鍵，更是發(fā)揮著極為重要的作用。配電所是確保鐵路順利運(yùn)輸?shù)碾娏?yīng)中樞，涉及數(shù)量較多且非常集中的設(shè)備，其中應(yīng)用了多種復(fù)雜技術(shù)。當(dāng)前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，政府越來越重視鐵路運(yùn)輸事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，且投入了更多的財(cái)力和物力，使得鐵路電力設(shè)備中開始應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，且鐵路配電所建設(shè)數(shù)量與規(guī)模也不斷擴(kuò)增。要想確保鐵路配電所具備較高的供電質(zhì)量，必須確保配電所保護(hù)的可靠性、管理的簡(jiǎn)便性等。因此，相關(guān)部門必須切實(shí)做好高鐵配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)的運(yùn)用管理工作。

1 高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)的思路

高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)要融合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息化技術(shù)等多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，再結(jié)合配電所的具體需求加以重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而得到一個(gè)全新的、對(duì)所有電器設(shè)備設(shè)施、線路等進(jìn)行自動(dòng)化保護(hù)與管控的系統(tǒng)?？梢哉f，高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)就是對(duì)整個(gè)配電所供電系統(tǒng)加以全方位監(jiān)管與控制，從而確保配電所供電的安全性與可靠性。

配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)涉及三個(gè)層面，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和間隔層。其中，站控層即調(diào)度端與本地監(jiān)控單元；網(wǎng)絡(luò)層即雙環(huán)光纖網(wǎng)、以太網(wǎng)、通信單元；間隔層即保護(hù)測(cè)控裝置及交直流系統(tǒng)等智能設(shè)備。通常而言，配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)主要由站控層和間隔層構(gòu)成，其中站控層主要是借助工業(yè)PC機(jī)、通信處理裝置來實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控與上級(jí)調(diào)度自動(dòng)化主站通信；間隔層主要是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、保護(hù)、監(jiān)控[1]。

2 高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)的具體運(yùn)用

2.1 保護(hù)測(cè)控裝置

保護(hù)測(cè)控裝置具備控制、通信、測(cè)量、監(jiān)視及保護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)諸多自動(dòng)化功能，且該裝置中的硬件平臺(tái)性能較強(qiáng)，因?yàn)槠渲饕獦?gòu)成部分是數(shù)字信號(hào)處理器、32位微處理器，故而在具體應(yīng)用中具備極強(qiáng)的處理能力與較高的抗干擾能力、抗靜電能力。保護(hù)測(cè)控裝置一般安裝在組屏或開關(guān)柜上，該裝置的軟件平臺(tái)一般運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，擁有較高的穩(wěn)定性，且后續(xù)能夠較為簡(jiǎn)便的進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。借助模塊化的程序設(shè)備，能夠進(jìn)一步完善保護(hù)測(cè)控裝置的保護(hù)功能。

現(xiàn)階段使用較多的保護(hù)測(cè)控裝置都具備較為完善的功能，如過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等。在高鐵10 kV配電所中應(yīng)用保護(hù)測(cè)控裝置，可獲得較為完善的保護(hù)功能，該裝置能夠有效監(jiān)測(cè)配電所運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的線路，且加以自動(dòng)投入與關(guān)閉閘門，即一旦線路出現(xiàn)故障，將自動(dòng)跳閘，讓線路失去電壓，從而降低由故障造成的損失[2]。另外，保護(hù)測(cè)控裝置可以在非常短的時(shí)間內(nèi)定位與檢測(cè)出現(xiàn)故障的線路，使非故障區(qū)域可以及時(shí)恢復(fù)供電。

2.2 備用電源自動(dòng)投入

如今，很多高鐵10 kV配電所已開始大規(guī)模應(yīng)用雙電源模式，從而更好地滿足自身的應(yīng)用需求，達(dá)到一用一備的目的，一旦主電源出現(xiàn)故障，備用電源能夠馬上啟動(dòng)工作，以提高配電所運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，高鐵建設(shè)中一旦發(fā)生停電問題，必然會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，但設(shè)置備用電源后，可以盡可能減少停電時(shí)間。

備用電源自動(dòng)投入的主要應(yīng)用原理如下：當(dāng)主供所一級(jí)過流跳閘或是綜合貫通柜斷路器失壓時(shí)，備供所一級(jí)或是綜合貫通柜斷路器自動(dòng)投入，在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)對(duì)貫通線路供電。同時(shí)，電源1和電源2中某一電源斷路器失壓跳閘后，此時(shí)另一電源有電，則母聯(lián)斷路器將會(huì)自動(dòng)投入。若線路電壓由有壓變成無壓，并且母線有壓時(shí)，當(dāng)沒有外部閉鎖信號(hào)，那么可通過設(shè)定延時(shí)，線路或是母線無壓，即可備自投合閘。

2.3 電磁干擾處理

高鐵10 kV配電所工作過程中，往往會(huì)受到電磁干擾，從而影響配電所的供電質(zhì)量。電磁干擾可根據(jù)不同的方式劃分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。當(dāng)干擾源與被干擾設(shè)備之間具有較大的阻抗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，即傳導(dǎo)干擾；而輻射干擾主要是由電磁波的傳播所引起的。電磁干擾主要可分為以下類型：（1）電源干擾。電源在綜合自動(dòng)化保護(hù)運(yùn)用中起著極為關(guān)鍵的作用，但在電源中具有很多的電磁干擾，即電源相線與中線之間具有的差模干擾，大地與電源中線具有共模干擾；（2）外部干擾。外部干擾主要包括高頻載波、高壓開關(guān)操作、短路故障等；（3）內(nèi)部干擾。內(nèi)部干擾即由于受到漏電、地阻抗耦合等因素的影響，使得綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)的元件、結(jié)構(gòu)等會(huì)出現(xiàn)的電磁干擾。

電磁干擾問題的主要處理方式如下：（1）接地。即通過有效的接地措施來降低地磁噪聲，對(duì)電磁干擾進(jìn)行預(yù)防，以此來對(duì)人員的安全加以較好的保護(hù)。通常電子設(shè)備中的金屬必須接地，從而有效降低電磁干擾情況的發(fā)生概率，以保護(hù)電器設(shè)備的可靠性，避免電器設(shè)備遭受雷電襲擊以后出現(xiàn)電源故障問題，最終有效保障配電所運(yùn)行的可靠性。（2）隔離。借助有效的隔離措施避免電磁干擾，即對(duì)斷路器加以科學(xué)控制。斷路器的環(huán)境屬于強(qiáng)電回路，往往會(huì)在自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用后發(fā)生電磁干擾問題，因此可將繼電器設(shè)置到開關(guān)位置，以實(shí)現(xiàn)隔離。同時(shí)，在隔離方式應(yīng)用過程中，必須嚴(yán)格控制電纜之間的距離，防止發(fā)生感應(yīng)耦合問題。此外，需結(jié)合電纜信號(hào)的不同強(qiáng)弱情況來對(duì)不同電纜進(jìn)行區(qū)別，采用不同的電力，且盡量減少平行布設(shè)的長(zhǎng)度，以避免電磁干擾。（3）屏蔽。借助屏蔽的方式避免電磁干擾，即借助綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)與相關(guān)設(shè)備的電磁兼容性防止電磁干擾，具體包括電磁場(chǎng)屏蔽、電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽。該方式能夠較好地抑制干擾，降低電子設(shè)備出現(xiàn)的輻射電磁干擾的概率，還能夠減少外部輻射電磁的影響。

2.4 低壓減載與失壓保護(hù)

（1）低壓減載。一般而言，只有在線路處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，方可投入低壓減載。當(dāng)斷路器處于合位，電壓測(cè)量結(jié)果小于整定電壓，低壓減載動(dòng)作時(shí)，能夠同時(shí)判定線路測(cè)電壓。當(dāng)斷路器位置是分位或是三相電壓中含有的一相電壓值超過標(biāo)準(zhǔn)定值時(shí)，即滿足復(fù)歸條件。

（2）失壓保護(hù)。在配電所運(yùn)行過程，一旦母線失壓，應(yīng)及時(shí)斷開運(yùn)行線路，采用失壓保護(hù)方式，即合理設(shè)定電流閉鎖值。這一過程中，設(shè)定值必須大于三相電流，且開關(guān)位于合閘處，當(dāng)整定電壓大于三相電壓或是意象電壓時(shí)，選用失壓保護(hù)動(dòng)作，并采用同時(shí)判定線路側(cè)電壓。當(dāng)斷路器位置是分位或是三相電壓值超過標(biāo)準(zhǔn)定值，即滿足復(fù)歸條件[3]。

3 高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)運(yùn)用的要點(diǎn)

高鐵10 kV配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)模塊進(jìn)行運(yùn)用的過程中，應(yīng)注意其運(yùn)用用要點(diǎn)。

（1）綜合自動(dòng)化保護(hù)模塊投入正確的保護(hù)功能。待完成保護(hù)投入后，必須明確跳閘選擇是否合理、正確，準(zhǔn)確設(shè)定跳閘的對(duì)象與其他相關(guān)選項(xiàng)，準(zhǔn)確選擇保護(hù)的子項(xiàng)“輸入信號(hào)”。同時(shí)，在綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)采用裝置功能投入后，必須確保電壓與電流變比的準(zhǔn)確輸入。

（2）電流速斷保護(hù)通常無須設(shè)定延時(shí)。在高鐵10 kV配電所具體運(yùn)行過程中，如果過流一段整定值無法躲開線路充電涌流或是勵(lì)磁涌流，且隨著時(shí)間的不斷變化，涌流的大小會(huì)逐漸減少，直至消失，為了防止勵(lì)磁涌流對(duì)斷路器造成干擾而引發(fā)誤跳閘問題，需借助這一特點(diǎn)對(duì)電纜速斷保護(hù)進(jìn)行加短暫延時(shí)，通常是0.1～0.3 s，以有效防止出現(xiàn)誤跳閘問題。

（3）針對(duì)母聯(lián)備自投啟動(dòng)，可采用過流跳閘不啟動(dòng)、失壓?jiǎn)?dòng)等多個(gè)模式，以確保不在故障條件下自投。

（4）針對(duì)貫通失壓保護(hù)時(shí)限的設(shè)定，注意不可設(shè)定為0 s，主要原因在于，0 s在電源電壓波動(dòng)過程中會(huì)引發(fā)誤跳閘問題，通常加0.2～0.5 s延時(shí)，使其小于該線路涉及的配電所備自投時(shí)限，即可防止出現(xiàn)貫通電源并網(wǎng)的情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

高鐵運(yùn)輸對(duì)人們的生產(chǎn)和生活起著關(guān)鍵作用，不僅有效推動(dòng)城市與城市之間的經(jīng)濟(jì)與文化等的交流，還能夠?yàn)槿藗兊某鲂刑峁└涌旖莺褪孢m的服務(wù)?；诖?，相關(guān)部門應(yīng)注重對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行充分利用，進(jìn)一步完善和改進(jìn)配電所綜合自動(dòng)化保護(hù)，以此來降低電力系統(tǒng)的故障出現(xiàn)率，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，確保電力供應(yīng)的安全性與穩(wěn)定性。