地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究

韋復(fù)曉

摘 要：從中國地鐵交通的發(fā)展來看，一般都采用過流保護(hù)和零序保護(hù)等設(shè)備。在單一連接狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置之間的有效通信是困難的，地鐵運(yùn)輸供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性也受到破壞，在一定程度上阻礙了地鐵運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。因此，建立網(wǎng)絡(luò)傳輸保護(hù)是十分必要的，有關(guān)部門和員工應(yīng)注意這一點(diǎn)，以提高相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)。本文主要研究地鐵繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。筆者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，本次主要針對地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，展開深入研究與討論，所得文獻(xiàn)與同行業(yè)人員共享，望對行業(yè)的前進(jìn)起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：地鐵;繼電保護(hù);網(wǎng)絡(luò)化

中圖分類號：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

目前，在社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展的前提下，地鐵交通也獲得了巨大的發(fā)展機(jī)遇。在中國，地鐵交通中普遍存在“差動保護(hù)、快速動作保護(hù)、過電壓保護(hù)、零序保護(hù)”等繼電保護(hù)裝置，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置之間的通信和信息共享失效，嚴(yán)重阻礙了地鐵交通的發(fā)展。

1 地鐵供電系統(tǒng)和繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化的相關(guān)概念

1.1 地鐵供電系統(tǒng)

地鐵具有高速、低功耗、高安全等特點(diǎn)。自中國第一條地鐵建成以來，它為人們的生活帶來了諸多便利，成為各個城市的重要交通工具。此外，中國地鐵的發(fā)展在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，被許多國家借鑒和效仿，為其他國家提供了大量的技術(shù)和理論支持。地鐵作為運(yùn)輸工具，需要高技術(shù)含量，同時也需要高成本的建設(shè)和后期維護(hù)。地鐵電源主要通過電網(wǎng)供電。由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，必須執(zhí)行繼電器保護(hù)，以確保每個電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，并能及時解決每個系統(tǒng)的潛在問題。其中，導(dǎo)線短路是地鐵供電系統(tǒng)中頻率最高的故障。發(fā)生這種情況時，電流可能會突然增加，并且某些元件會開始變熱，這可能會損壞元件、縮短元件的壽命或造成永久損壞，并且必須更換。

1.2 繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1 繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)來看，傳輸保護(hù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可分為三個主要站保護(hù)和配電系統(tǒng)：省、省和地區(qū)網(wǎng)絡(luò)骨干。第一，配電系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)裝置通過配電網(wǎng)連接到主站保護(hù)控制系統(tǒng)，并將實(shí)時控制發(fā)送到受監(jiān)控系統(tǒng);第二，保護(hù)管理機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)命令執(zhí)行各種保護(hù)功能，并實(shí)時將電力信息傳輸?shù)街髡揪W(wǎng)絡(luò)，以增強(qiáng)對其他配電裝置的保護(hù)和連接，配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為三個層級：中央車站系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和保護(hù)裝置，保護(hù)裝置的功能是在本端設(shè)定，并執(zhí)行保護(hù)動作，配電裝置位于調(diào)度中心的各個層級，其主要功能是收集、控制和傳輸有關(guān)該站智能設(shè)備的運(yùn)行和配置信息。

1.2.2 繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接方式

光纖通道通常用于受保護(hù)的中繼通道，包括專用光纖和多路傳輸光纖。短距離傳輸信道通常使用具有更高可靠性的特殊光纖，而遠(yuǎn)傳信道通常使用多路傳輸光纖。具有同步數(shù)字分層（SDH）的自再生光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)廣泛用于電力通信網(wǎng)絡(luò)，這通常是指使用創(chuàng)建環(huán)形網(wǎng)絡(luò)以恢復(fù)自身性能的保護(hù)方法。多路復(fù)用段中的雙絞線和多路復(fù)用段中的四絞線更適合于繼電保護(hù)。

1.3 當(dāng)前地鐵供電繼電保護(hù)裝置通信功能的局限性

目前國內(nèi)外地鐵繼電保護(hù)裝置均采用通信技術(shù)，但一般都是電壓等級相同的保護(hù)裝置?？偟募夹g(shù)還處于起步階段，還有很多問題需要改進(jìn)，具體表現(xiàn)如下：（1）地鐵供電繼電保護(hù)裝置通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。（2）地鐵繼電保護(hù)裝置之間的通信仍然存在很大的局限性，不能有效實(shí)現(xiàn)任何保護(hù)裝置之間的無縫通信。（3）地鐵繼電保護(hù)裝置之間的數(shù)據(jù)交換能力仍然不足，需要改進(jìn)功能。（4）在地鐵區(qū)間內(nèi)，35 kV交流側(cè)繼電保護(hù)與1 500 V（750 V）側(cè)繼電保護(hù)之間仍存在“間隙”，且兩者之間的網(wǎng)絡(luò)通信沒有實(shí)現(xiàn)。（5）0.4 kV繼電保護(hù)裝置仍獨(dú)立運(yùn)行，尚未進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的保護(hù)研究。

1.4 地鐵供電系統(tǒng)保護(hù)分析

技術(shù)人員必須從以下角度分析電源系統(tǒng)的保護(hù)。首先，保護(hù)電力系統(tǒng)。在雙供電過程中，入站和出站線路開關(guān)必須受地鐵差動保護(hù)裝置的影響，以防止線路移動對線路系統(tǒng)的影響。保護(hù)裝置可以隔離故障線路，并且總線卡箍開關(guān)在合閘過程中處于自合閘狀態(tài)，從而使其他線路正常運(yùn)行，并繼續(xù)提供運(yùn)行性能。電源機(jī)架非常重要，因此有多種保護(hù)方法。電流保護(hù)措施可以解決系統(tǒng)各階段之間的短路故障和零序電流模式可以解決接地短路問題。第二，從保護(hù)牽引供電系統(tǒng)開始，有許多保護(hù)措施，例如內(nèi)部電流保護(hù)、零序保護(hù)或安置裝置，可在保護(hù)牽引供電系統(tǒng)時發(fā)揮緊急作用。當(dāng)診斷失敗時，快速中斷的防御措施就會開始發(fā)揮作用。在設(shè)備運(yùn)行過程中，內(nèi)部和外部零件的溫度可能會突然升高，并且應(yīng)采用防變形模式，以便實(shí)時監(jiān)控溫度。

2 地鐵供電繼電保護(hù)技術(shù)的具體內(nèi)容

2.1 繼電保護(hù)

地鐵供電中的繼電保護(hù)技術(shù)主要研究了電力系統(tǒng)是否正常運(yùn)行以及地鐵運(yùn)行過程中電路是否異常。在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)中，接觸式繼電器主要用于保護(hù)電氣線路和相關(guān)部件?；竟ぷ髟硎牵喝绻罔F線路系統(tǒng)出現(xiàn)問題，繼電器保護(hù)裝置會在盡可能短的時間內(nèi)自動隔離故障區(qū)域，以防止影響其他線路的運(yùn)行狀態(tài)。然后將發(fā)送警報，工程師可以對其進(jìn)行修復(fù)。

2.2 軌道交通

地鐵又稱軌道交通，是人們往返于固定線路上的便捷方式。隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，道路上的個人汽車越來越多，不僅造成了城市的交通堵塞，而且汽車尾氣污染了環(huán)境。所以中國開始倡導(dǎo)綠色旅游，緩解道路交通的有效途徑是地鐵交通和地鐵每天都有大量的交通，這就對電力和地鐵安全提出了非常高的要求。

2.3 通信功能的局限性

中國目前正在積極研究地鐵繼電保護(hù)技術(shù)中的通信功能。但是，由于它仍處于研究的早期階段，仍有一些問題需要解決。例如，目前，由于技術(shù)人員的技術(shù)水平參差不齊，實(shí)施通信技術(shù)保護(hù)設(shè)備的過程也不盡相同。但是，沒有統(tǒng)一規(guī)劃不同區(qū)域的規(guī)定通信功能標(biāo)準(zhǔn)。同時，地鐵供電繼電保護(hù)裝置在現(xiàn)階段不能發(fā)揮通信功能的真正價值，保護(hù)裝置太舊而不能大力引進(jìn)新裝置。但是，地鐵線路系統(tǒng)中的電力和數(shù)據(jù)交互功能存在一些問題，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息的功能不完善，這主要是由于技術(shù)人員不重視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地鐵電力傳輸保護(hù)中的作用。此外，35 kV側(cè)繼電器保護(hù)與1 500 V側(cè)繼電器保護(hù)（750 V）之間的網(wǎng)絡(luò)通信尚未在地鐵現(xiàn)場實(shí)施。因此，要求技術(shù)人員加強(qiáng)對地鐵電力傳輸保護(hù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，以支持地鐵電力傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，為地鐵運(yùn)行提供安全保障。

3 地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 IEC61850技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

IEC61850通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)自動化的全球標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，建立了電力系統(tǒng)的自動信息交換模型，并通過對象模型和自組織設(shè)備自定義了一些標(biāo)準(zhǔn)化的自動功能語法。為了不中斷智能設(shè)備的運(yùn)行，該設(shè)備的功能應(yīng)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議獨(dú)立。主要和次要設(shè)備型號適用于全球標(biāo)準(zhǔn)，以確保在配電裝置和電臺之間傳輸信息，此外，電路規(guī)劃語言可用于使用XML進(jìn)行網(wǎng)路連線，然后有效執(zhí)行封存和交換等功能。

3.2 GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

GOOSE技術(shù)在電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)中扮演著重要的角色，通常用于過程層和絕緣層之間，以保護(hù)設(shè)備之間的信息交換。與傳統(tǒng)連接模式相比，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可在交換機(jī)位置和每條線路段上提供時間信息交換。經(jīng)過某些技術(shù)檢查，技術(shù)人員可以將交流電源中UED信息的速度降低50毫秒，以確保電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)時間要求。但是，此技術(shù)主要是通過無線電傳輸?shù)?，在工作?fù)載很大的情況下會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，但是，這種情況是無法解決的?？梢酝ㄟ^虛擬局域網(wǎng)快速生成數(shù)據(jù)，并且可以在短時間內(nèi)完成發(fā)送和接收步驟。

3.3 變電站信息分層結(jié)構(gòu)

變電站信息的層次結(jié)構(gòu)包括過程層和姿勢層之間的信息交換、海灣層內(nèi)的信息交換、海灣層之間的信息交換以及配電間的信息交換。中國地鐵供電繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)雖然已經(jīng)發(fā)展起來，但仍有許多問題需要解決。例如，地鐵繼電保護(hù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求不同，保護(hù)裝置之間的連接不夠完善，不能充分發(fā)揮其保護(hù)功能。因此，必須擴(kuò)展GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并接受動態(tài)數(shù)據(jù)交換以實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)，以支持傳輸保護(hù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程。

4 地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)方案的設(shè)想

通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)信息通信標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)信號傳輸技術(shù)，可以推測地鐵電源的繼電保護(hù)技術(shù)方案。

4.1 供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時交換

采用地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要目的是通過網(wǎng)絡(luò)信息集成相關(guān)數(shù)據(jù)信息，不斷優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置，保證地鐵供電繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如果技術(shù)人員能夠合理地應(yīng)用IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，他們可以實(shí)現(xiàn)地鐵繼電保護(hù)系統(tǒng)中的實(shí)時保護(hù)數(shù)據(jù)交換功能，并支持實(shí)現(xiàn)入站和分配保護(hù)網(wǎng)絡(luò)功能。其主要工作原理是通信技術(shù)通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信控制，從而在同一網(wǎng)絡(luò)上提供地鐵電源的中繼保護(hù)，以便通過技術(shù)連接數(shù)據(jù)。技術(shù)人員還可以通過網(wǎng)絡(luò)快速獲取地鐵繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并監(jiān)控其運(yùn)行動態(tài)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能的實(shí)際應(yīng)用

在保護(hù)0.4 kV進(jìn)線側(cè)時，可以在地鐵繼電保護(hù)中使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)高壓側(cè)鏈路出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以通過方便的通信渠道及時傳輸有關(guān)高壓側(cè)鏈路的數(shù)據(jù)信息。并且，通過系統(tǒng)發(fā)出的智能指令，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)自動故障排除。如果高壓側(cè)保護(hù)失敗，則可以退出高壓側(cè)保護(hù)，由低壓側(cè)保護(hù)和高壓側(cè)同母線的電源進(jìn)線保護(hù)作為后備保護(hù)，確保線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，并防止線路短路。

5 小結(jié)

簡而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用越來越受到人們的重視，在這種情況下，提供了地鐵供電繼電保護(hù)裝置的功能，有助于提高地鐵供電裝置在電力調(diào)度中的穩(wěn)定性和可靠性。

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