地铁供电系统电流选跳保护及方案优化

地铁供电系统电流选跳保护及方案优化摘要：地铁供电系统在整个地铁作用发挥过程中扮演着极为重要的作用，这就要求在确定地铁供电系统时，必须满足相关使用要求，确保其可靠性，避免安全事故的发生，维护旅客的生命财产安全和社会稳定。这就突出了地铁供电系统保护设施的重要性，本文从传统地铁隧道保护配置出发，介绍了"分区〃的特点，环网供电系统的特点，讨论了电流选跳保护的优缺点，最后对当前应用的地铁供电系统提出了优化方案。1电流选跳保护的工作原理近年来，随着计算机技术和通信技术的发展，电流保护技术也得到改善。电流选跳保护是通过装置之间的信息传递、比较和逻辑编程判断故障区段，不需时间配合，实现有选择性快速跳闸的一种新型速动保护。在地铁供电系统应用中，发挥着环网选跳保护和母线选跳保护两种保护功能，同时这两种选跳保护都具有后备保护功能。1.1环网选跳保护实现原理为了保证供电系统能够正常工作，对线路两侧的进出线都设电流选跳保护装置，并且运行中线路两侧的保护装置独立检测是否存在电流，线路两侧的保护装置之间用光纤通信电缆连接，将是否存在电流的信号通过光纤通信电缆生成光纤信号通知给对方。电流选跳保护在收到来自对方的信号之后，经过极短时间的判断是否存在故障电流，确定判断故障区域是否跳闸或阻塞。1.2母线选跳保护原理母线是输送电能用的总导线，母线连接着所有进出线、馈线。当母线发生短路故障时，母线所连接的所有进出线、馈线只有一路进线存在短路电流。将所有线路的保护装置联网，每个装置的信息共享给其他装置，在收到信号后，通过比较、判断后，确认发生故障的区域，并且快速跳闸，实现母线保护功能。1.3.备份保护。现有的运用于初步城市轨道交通35KV系统的选线跳保方案，进行回路网线配置。作为整个系统的备份装置，主保护配置2个独立保护装置，分别为电流选择保护和备用过流保护，并且在保护装置设置过程中也要采取差动保护措施。考虑到通信异常、断路器故障、保护装置故障等各种异常保护异常情况，建立备份和多级近远后备保护功能。2地铁中压供电系统及保护配置分析随着交通运输业的发展，地铁轨道交通作为一项运量大、速度快、安全节能的交通方式，在全国各地兴起。各地纷纷修建地跌轨道，为了降低地铁综合造价以及环网电缆投资，通常采用“大分区〃供电方案。为了满足地铁运行对电力的需求，相应增加每个分区内变电所的数量，从原来的3个增加至6个以上。2.1传统保护配置方案在地铁供电系统中，传统的中压环网每个35(33)kV进、出线保护配置以光纤线路差动保护为主保护，定时限过电流和零序过电流保护为后备保护。传统的保护配置方案已经可以做到对各种常见短路故障的可靠保护，但是还是存在一定的局限性和不足，尤其在大供电分区中显得更为突出。2.2传统过电流保护的不足后备过流保护动作时限配合。理想状态下，过电流保护的动作时间应该是逐级配合的，但是为了满足电力系统的要求，往往无法实现，只能压缩变电所间配合级数，采用同一个动作时间整定值来恒定3~4个变电所过流保护。这样做的结果就是当环网末端或母线发生短路时，如果按照实际情况切除故障区域，采用同一个动作时间整定值所恒定的3~4个变电所将同时跳闸，扩大事故影响范围。（2）后备保护速动性与选择性的矛盾。后备保护中，过流保护的速动性和选择性之间难以做到平衡与协调，有时候为了满足选择性，不得不牺牲速动性。当地铁供电系统中故障区域距离变电所越近，短路电流就越大，理应尽快切断电源，但是在实际运营中，为保证选择性，过流保护动作时限反而越长。（3）开关柜母线保护问题。按照相关的设计要求，理应对35kV变电所配置专门的母线保护。但是出于价格成本考虑，电压互感器都是直接插在母线上，并没有对母线进行专门保护。这样就容易出现短路故障，对开关柜母线造成严重的危害。3电流选跳保护的优缺点分析虽然电流选跳保护结合了信息化技术，但是从本质上来说仍然属于过电流保护，与传统的过流保护相比，电流选跳保护既有自身独特的应用优势，也存在许多亟待改进的地方。3.1优点第一，电流选跳保护能够对产生故障的部位进行快速的判断和精确的定位，并在第一时间跳闸，从而极大程度上节约了时间，避免了故障的扩大。同时，由于跳闸是根据信息分析选择性实现的，这个动作时间一般维持在40ms左右，避免了传统过流保护中速动性与选择性的之间的矛盾。第二，电流选跳保护由于具备了后备保护功能，即使差动保护的动作时间与电流选跳保护类似，但是差动保护容易出现光纤信号异常、断路器扭动等问题，而电流选跳保护即便出现上述问题，也不影响正常跳闸动作。第三，电流选跳保护的保护范围具有较强的波动性，不受供电分区大小和运行方式的影响，满足现阶段大分区环网连接的供电系统。第四，电流选跳保护的覆盖范围较广，不仅对环网电缆实施保护，还为开关柜母线提供保护，确保了整个地铁供电系统的安全。3.2缺点首先，电流选跳保护反应迅速是建立在借助于其他辅助装置的基础上，要想达到启动条件，必须同时满足"装备故障、信号异常、断路器扭动〃三种条件。在"设备故障、断路器报警故障或者通信系统故障〃等状况下，无法完成正常跳闸，这就在一定程度上降低了电流选跳保护的可靠性。其次，电流选跳保护的灵敏度要低于差动保护。这是由于电流选跳保护要根据线路额定负荷电流来确定启动电流，但是在地铁供电系统正常运行条件下，电流值低于最大负荷电流。最后，电流选跳保护装置相较差动保护装置，变电所内各部分装置之间信号交流更多，导线和接口更为复杂，就给正常的检修工作造成了麻烦。4电流选跳保护的优化方案目前，国内地铁供电系统多采用"大分区〃环网接线方式，变电站数量多达6-8个内环，传统的差动保护和过流（零序）后备保护在"大分区〃供电系统中显现出局限和不足，而电流选跳保护可以弥补这些不足，并发挥出功能优势。电流选跳保护虽然有诸多优点，但是还是存在接线和逻辑复杂、后备保护方案可靠性不够完善等方面的不足，在使用和推广过程中存在一定的难度。要将电流选跳保护应用于地铁供电系统，还需要对原方案进行系统优化，方案如下：在"大分区〃供电系统中，杜绝以往采用单一保护的方案，将差动保护、选跳保护、定时限过流（零序）保护相结合，实现多层次，全方位的保护，最大限度的提高供电系统保护的安全性。正常情况下，环网电缆故障由差动主保护启动跳闸，选跳保护整定一定的延时，与差动保护配合。如果差动装置和通信装置出现问题，则由选跳保护控制本地断路器启动跳闸。如果是断路器和差动装置出现问题，则由本地或上级选跳保护的后备保护控制上级断路器启动跳闸。如果环网进出线开关柜内部或母线出现问题，则由母线选跳保护启动跳闸。优化选跳保护的后备保护逻辑。地铁供电系统较为复杂，当同时出现两处或两处以上故障时，由于配置了定时限过流保护，确定处理器优先处理方案，选跳保护的后备保护只考虑一级后备，不考虑多级后备。如果选跳保护的后备保护启动跳闸出现问题，最终由近后备或远后备的定时限过流(零序)保护跳闸。5结束语地铁建设中"大分区〃环网接线建设由于建设成本低、系统简单等特点，势必成为地铁供电系统未来发展的主流趋势。电流选跳保护作为一种集结了计算机等多种现代科技的地铁供电系统保护方案，能够有效解决传统供电系统中的普遍问题。但是在实际运用过程中，