城市軌道交通大分區(qū)環(huán)網(wǎng)中壓供電系統(tǒng)保護(hù)方案探討

黃委

（金華市金義東軌道交通有限公司，浙江 金華 321017）

1 各部分的配置原則

（1）區(qū)間電纜：建立多套保護(hù)機(jī)制，主保護(hù)采用光纖差動(dòng)保護(hù)方式，第二套主保護(hù)為線路電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)，在前述基礎(chǔ)上實(shí)施電流保護(hù)的后備保護(hù)措施，形成多層次、全方位的保護(hù)體系。

（2）母線：主保護(hù)應(yīng)用母線差動(dòng)保護(hù)裝置，以滿足母線故障的瞬時(shí)跳閘要求，及時(shí)切斷安全隱患；后備保護(hù)應(yīng)用母線電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)此功能的硬件為進(jìn)出線綜保裝置。

（3）饋線柜：該部分的關(guān)鍵因素在于保護(hù)整流變電以及動(dòng)力變電，因此往往會(huì)使用綜合電流保護(hù)裝置；值得注意的是，該裝置還能發(fā)揮接收非電量信號作用，從而在發(fā)生故障后快速做出跳閘、報(bào)警動(dòng)作。

（4）母聯(lián)柜：過流保護(hù)采用綜合電流保護(hù)裝置，其還可以提供與母聯(lián)開關(guān)相關(guān)的自投功能，以進(jìn)一步增強(qiáng)安全防護(hù)效用。

2 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置運(yùn)行原則及原理

2.1 對線路展開主保護(hù)

進(jìn)出線柜的主保護(hù)采取的是雙重措施并行的模式，即光纖差動(dòng)保護(hù)和電流電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)，通過兩種方法的綜合應(yīng)用，在區(qū)間故障發(fā)生后可做出瞬時(shí)切除動(dòng)作或在短延時(shí)后快速且精準(zhǔn)地切除故障。光纖差動(dòng)保護(hù)成熟可靠、運(yùn)行簡單，是國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的方法。線路電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)則著重考慮的是位于線路兩側(cè)的故障電流，根據(jù)兩側(cè)的情況作出準(zhǔn)確判斷，若兩側(cè)均存在故障電流視為外部故障，僅有一側(cè)有故障電流時(shí)則視為區(qū)間內(nèi)部故障。

2.2 線路后備保護(hù)

相同時(shí)間延時(shí)的過流保護(hù)，并為配備相應(yīng)的輔助方式，通常都會(huì)設(shè)置一段加速過流段來達(dá)到保護(hù)效果。當(dāng)電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)光纖通道出現(xiàn)故障時(shí)，為正常應(yīng)對突發(fā)情況，將及時(shí)啟用該保護(hù)措施，以確保線路保護(hù)具有選擇性。

2.3 母線主保護(hù)

根據(jù)母線建設(shè)情況為各段適配獨(dú)立的母差保護(hù)裝置，在此配置方式下形成母線故障的主保護(hù)機(jī)制，若存在故障則達(dá)到瞬時(shí)切除、減小不良影響的效果。母線差動(dòng)保護(hù)的核心是單元保護(hù)，兼具靈敏、全面、便捷等多重優(yōu)勢。得益于母線差動(dòng)保護(hù)的速動(dòng)性和100%的選擇性，可有效避免饋線電流保護(hù)啟動(dòng)閉鎖所導(dǎo)致的繁復(fù)接線現(xiàn)象，同時(shí)，無須考慮與饋線電流保護(hù)動(dòng)作的協(xié)調(diào)性需求，靈活性突出。

2.4 母線后備保護(hù)

以電流保護(hù)裝置為基礎(chǔ)，建立穩(wěn)定可靠的母線電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)功能，提供備用防護(hù)模式，提高在母線出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理的速率與效益。一般來說，在得到準(zhǔn)確結(jié)果后，才能判斷是否屬于母線故障。詳細(xì)地說，就是如果進(jìn)線、出線、母聯(lián)這三個(gè)部位中，只存在其中一個(gè)部位發(fā)生故障電流且在規(guī)定的延時(shí)范圍值后故障電流還沒有消除，則視為母線故障，此時(shí)，及時(shí)發(fā)出跳閘命令，高效完成跳閘動(dòng)作。

2.5 饋線保護(hù)

要實(shí)現(xiàn)對饋線的保護(hù)，一般來說，要考慮到以下2個(gè)主要內(nèi)容：（1）設(shè)置對應(yīng)的用以保護(hù)電氣量裝備；（2）對非電量進(jìn)行保護(hù)，包含但不限于變壓器超溫跳閘、直流系統(tǒng)的整流器故障跳閘、框架泄漏保護(hù)。

2.6 母聯(lián)保護(hù)

母聯(lián)保護(hù)是指為其配置帶有延時(shí)功能過流保護(hù)。在該方式上，可參考線路過流加速段保護(hù)延時(shí)的相關(guān)步驟，兩者基本一致。

2.7 斷路器失靈保護(hù)

（1）當(dāng)饋線斷路器出現(xiàn)失靈情況時(shí)，可為其適當(dāng)?shù)嘏鋫涫ъ`保護(hù)單元。此時(shí)，應(yīng)注意的是，如果延時(shí)在200ms或以上，則要立即啟動(dòng)母線跳閘總線。

（2）進(jìn)線斷路器失靈。線路發(fā)生故障時(shí)，預(yù)設(shè)在線路兩側(cè)的保護(hù)機(jī)制隨之做出響應(yīng)（差動(dòng)保護(hù)或電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)），這具體表現(xiàn)為進(jìn)線斷路器會(huì)自動(dòng)跳開。由此可見，通常情況下，進(jìn)線斷路器失靈并不會(huì)影響故障正常切除功能。對于母線來說，若出現(xiàn)故障，則會(huì)觸發(fā)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)線斷路器失靈時(shí)，將由于該裝置的異常而導(dǎo)致母線故障難以正常切除，通過母線跳閘總線跳開進(jìn)出線和母聯(lián)，經(jīng)200ms延時(shí)后聯(lián)跳上游斷路器，由此達(dá)到切除故障的效果。

（3）出線斷路器失靈。線路出現(xiàn)故障后，通常都會(huì)同時(shí)產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)，該響應(yīng)方式也就意味著這一技能能夠使下游斷路器與出線斷路器實(shí)現(xiàn)有效跳開，而在出現(xiàn)斷路器失靈的情況時(shí)不具備切除故障的條件，啟動(dòng)進(jìn)出線失靈保護(hù)，經(jīng)過200ms延時(shí)后切除故障。母線發(fā)生故障時(shí)進(jìn)出線和母聯(lián)跳閘，此時(shí)，做出的是母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.8 母聯(lián)備自投

就城市軌道交通的供電需求而言，可靠性是重要要求與保障，因此需適配完善的電源自投功能，以便富有針對性對出現(xiàn)的故障元件進(jìn)行切除；不僅如此，在切除后，城市軌道交通還需能夠在盡量短時(shí)間內(nèi)完成對非故障元件供電的恢復(fù)工作，從而確保自身能夠在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，一直處于供電系統(tǒng)都十分穩(wěn)定的狀態(tài)。對此，可以配置失壓啟動(dòng)備自投方案，作為線路差動(dòng)保護(hù)的后備方式，形成多重防護(hù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

在設(shè)計(jì)中，一般都會(huì)預(yù)先考慮以“近故障點(diǎn)優(yōu)先啟動(dòng)備自投”為原則的方案，其實(shí)現(xiàn)方法就是為母聯(lián)柜上綜合保護(hù)裝置提供配套。在運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)線路區(qū)間故障時(shí)，這一方案能夠有效保證線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的及時(shí)性（即方面快速切除區(qū)間故障）；與此同時(shí)，在線路受電端變電所備自投啟動(dòng)的基礎(chǔ)上，母聯(lián)開關(guān)會(huì)合上，至此則可以使系統(tǒng)轉(zhuǎn)為正常供電的工作狀態(tài)。

失壓啟動(dòng)備自投，延時(shí)的設(shè)定主要考慮的是電源側(cè)至末端站的順序以及時(shí)間級差，其具有突出的選擇性特征，能夠較為靈活地實(shí)現(xiàn)近故障點(diǎn)優(yōu)先啟動(dòng)備自投。失壓啟動(dòng)備自投的綜合應(yīng)用效果較好，除了進(jìn)線人工分閘等基礎(chǔ)方面的功能外，還可作為其他故障的備自投后備，例如，在線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)備自投。由此可見，失壓啟動(dòng)備自投是一種綜合防護(hù)效果較好的方案。

3 安全保護(hù)方案在市域軌道交通工程的應(yīng)用分析

經(jīng)前述分析，本文提及的保護(hù)方案綜合應(yīng)用效果較好，且已經(jīng)在城市軌道交通工程中取得應(yīng)用。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，在模擬線路區(qū)間故障、饋出線故障以及母線故障時(shí)，保護(hù)裝置均能夠正常使用，適應(yīng)于多種狀態(tài)，實(shí)際動(dòng)作結(jié)果與分析結(jié)果相同，由此也驗(yàn)證了該保護(hù)方案的可行性。

3.1 保護(hù)配置

保護(hù)配置方案示意圖如圖1所示。結(jié)合圖中內(nèi)容展開分析，進(jìn)出線主保護(hù)實(shí)施的是光纖縱差保護(hù)裝置MiCOMP521，母差保護(hù)裝置選用MiCOMP746，母線和饋線均使用的是MiCOMP143，但其獨(dú)特之處在于不帶光纖通道。

圖1 雙環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置

MiCOMP521的功能豐富，除了基礎(chǔ)的差動(dòng)保護(hù)外，還可以提供過流、負(fù)序過流保護(hù)、跳閘回路、冷負(fù)荷啟動(dòng)等一系列的功能，極具選擇性和速動(dòng)性的特征，并且動(dòng)作的靈敏度較高，穩(wěn)定可靠。MiCOMP143是一種綜合性較強(qiáng)的保護(hù)裝置，具體包含電流、電壓等主保護(hù)功能，還可提供相配套的輔助功能以及測量功能。得益于裝置的PSL邏輯編程功能，可提高靈活性，即根據(jù)特定的要求設(shè)定過流保護(hù)段的啟動(dòng)或閉鎖條件，還可實(shí)現(xiàn)母聯(lián)備自投等具有自動(dòng)化特色的功能。

3.2 裝置保護(hù)的時(shí)限

（1）無論是線路還是母線電流相位比較式縱聯(lián)保護(hù)，兩者的時(shí)限均設(shè)為0.3s。（2）母聯(lián)過流保護(hù)時(shí)限、進(jìn)出線加速過流保護(hù)時(shí)限，兩者均取0.5s。（3）進(jìn)出線過流保護(hù)時(shí)限設(shè)為0.9s，但具體根據(jù)實(shí)際條件而定，例如，在不考慮母聯(lián)過流保護(hù)啟動(dòng)失靈的前提下，可適當(dāng)縮短時(shí)限，例如，以0.7s較為合適。

4 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行需得到多類基礎(chǔ)設(shè)施的支持，其中大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)則極具重要性，但系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，內(nèi)部組成要素較多，必須加強(qiáng)安全防護(hù)，提高大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平。在本文中，則根據(jù)選擇性較靈活、速動(dòng)性較好的基本要求展開保護(hù)方案的設(shè)計(jì)與分析，提出一些基本思路、原則以及具體保護(hù)機(jī)制，希望可以給同仁提供參考。