地鐵供電系統繼電保護整定配合研究

摘 要：供電系統是地鐵的重要組成部分，其運行狀態直接決定了地鐵的安全及效益，為確保供電系統的安全穩定運行就需要繼電保護對供電系統的故障做出正確、快速的分析，文章對地鐵繼電保護進行分析研究，對現有地鐵繼電保護方案做出了完善，對供電線路、變壓器、等電氣元件進行了分析。通過對繼電保護的研究和改進，對實際應用具有十分重要的應用價值。

關鍵詞：地鐵；繼電保護；變壓器

引言

目前地鐵供電系統對繼電保護裝置動作的準確性、可靠性的要求很高。為了減輕繼電保護裝置整定計算人員的工作量，同時減少整定誤差，工作效率，本文針對供電系統繼電保護進行分析。

1 地鐵繼電保護系統的特點

地鐵供電系統各個變電站之間的距離都很短，每段供電線路不會超過3公里，所以一般供電線路的繼電器保護裝置的保護作用會對地鐵供電線路失去作用。主變壓器容量既要滿足高峰時期的符合要求，同時也要滿足當一個主變電站發生故障（例如最簡單的電路故障）時，另外一個主變電站也能夠支撐全線的工作。地鐵采用的主變壓器一般為星形/三角形接法，因此當地鐵供電系統發生兩相電路短路或者單相短路接地故障的時候，就會引起供電系統的不平衡，此時供電系統就無法正常工作，所以當供電系統遇到接地故障時，必須采用保護裝置加以保護。繼電保護設備從結構功能上劃分為三個單元，數據測量單元、邏輯判斷單元和執行單元。通過這三個單元的相互配合實現了對電氣系統的保護。

2 地鐵供電系統保護的分析

地鐵牽引線路供電系統的結構十分復雜，很多因素都會影響其工作狀況。電流的速斷保護與限時電流保護就是其中的因素之一。在現場實際測試供電系統的電氣特性不方便所以通常會采用建模和仿真的方式來對供電系統保護裝置的工作狀態和系統故障進行診斷和更深一步的研究和分析。

2.1 供電系統線路保護的分析

對于相間短路可以使用電流速斷保護和過電流保護。當不允許帶時限切除短路故障時，應設置無時限速斷保護。當無時限速斷保護不能滿足選擇性動作時，應設置帶時限速斷保護，當速斷保護及過流保護不能滿足繼電保護的要求時，應使用線路縱聯保護作為主保護，過流保護作為后備保護。對于接地短路可以使用零序電流保護，零序電流保護是利用接地時所產生的零序過電流使保護動作。零序電流保護一般作為后備的電流保護使用。在用星形/三角形接法中的地鐵供電系統中將不接地的系統制造一個人為的中性點，同時通過一定的方式進行接地處理，目的是當供電系統單相或者兩相接地短路時，保護可以動作。

2.2 牽引供電系統保護

可以分為兩個部分，牽引整流機組保護和直流牽引保護。牽引整流機組主要設置速斷保護用于保護牽引變壓器一次側短路，設置過流保護用于保護牽引變壓器的二次側短路和直流母線短路，牽引變壓器、整流器還應設置本體的超溫保護，整流器硅元件保護的設置結合整流器的形式而定。當直流設備框架保護啟動后，聯跳牽引整流機組開關以及站內所有直流開關及相鄰變電站直流饋線開關，將本站直流牽引供電系統完全隔離。

直流牽引保護分為直流進線保護和直流饋線保護，直流進線保護主要設置開關本身自帶的大電流脫扣保護、逆流保護以及被其他保護聯跳。直流饋線保護主要設置大電流脫扣保護、電流變化率及增量保護、線路故障測試及自動重合閘、熱過負荷保護、聯跳保護等。

3 主變壓器的常見保護

城市軌道交通的主變壓器基本上都是雙繞組變壓器，本文以地鐵普遍使用的是YNd11主變壓器為例進行研究，以便達到更好的解決方案。

變壓器常見的內部短路故障包括相與相繞組之間的短路，單相繞組短路和匝間短路外部變壓器故障包括變壓器各相引出線之間的相間的相間的短路和單相引出線經過外殼之間的短路。

變壓器常見的非電量主保護中是用瓦斯保護并輔以油溫、油位等保護。目前地鐵主變壓器繼電保護配置的是電流速斷、過負荷信號和過電流保護。電流保護有很多優點，其中最大的優點就是反應迅速能夠快速的對系統和本身的故障做出反應，以便及時的得到故障信息，但是也有缺點那就是信號識別能力比較差，一般無法識別大容量變壓器產生的暫時狀態下的勵磁涌流信號而造成誤動。

縱聯差動保護具有很高的靈敏度，故對變壓器的主保護可以采用縱聯差動保護，采用過電流保護，零序過電流保護、和反時限過電流保護作為后備保護可以更好地使供電系統穩定運行。

3.1 對于相間短路

可以采用縱聯差動保護作為主保護，因為它具有較高的靈敏度、快速性以及選擇性，過電流保護在正常運行方式下的時限配合和靈敏度基本都可以滿足系統的需求，因此可以考慮作為后備保護。

3.2 接地保護

對于接地保護可以采用分相電流差動保護作為系統的主保護，為了滿足變壓器對系統的速動性，選擇性，靈敏性和可靠性等方面的要求，可以選擇零序過電流保護作為系統的后備保護。

4 特征量的選取

繼電保護系統必須以穩定運行為基礎，為了準確識別出供電系統的運行狀態，在繼電保護系統中，只需要對采集到的反饋線電流信號進行識別和分類，并對傳輸的電信信號的特增量進行提取。通過提取遠程探頭或者終端的電信號來提取相關的信息，以實現更好的管理。

5 直流保護配合

地鐵車輛起動時的電流使對牽引供電系統直流側正常運行最大的電流，各個保護整定值得設定以車輛的啟動電流為參考值，所以準確的計算出車輛起動時的最大電流以及電流上升率對繼電保護配合設計是十分重要的。現在的地鐵車輛電力傳動方式是交流傳動，交流傳動系統中又包括了牽引電機，逆變器和輔助電器。

6 交流短路故障的分析

準確判斷交流短路故障電流產生機理和變化特征為是判斷系統穩定的基礎。因為現有的地鐵條件無法實現現場實際短路試驗，所以可以用建模和仿真的方式對其進行條理性的分析。交流側短路故障包括相間短路、單相接地短路和變壓器內部匝間的短路等。掌握各種工況的電流波形是實現研究繼電保護的基礎。

7 結束語

現在城市人口數量增長迅速，尤其是一些大城市，為了減輕城市的交通負擔，引進了地鐵、輕軌等設施。地鐵的運行，往往肩負著城市的主要運載任務，因此，對地鐵運載能力的需求也是越來越高，地鐵采用了縮小車間隔的方式來提升自身的運載能力。通過分析的方式對地鐵系統現存的一些缺陷進行了完善，加強了運行部門各專業之間的有效配合、協調，做到了相互之間的密切銜接，減少了各部門之間會出現的管理和技術上的不足。通過分析和研究，明確了供電系統繼電保護的安全性能和穩定性，對實現地鐵安全運行，具有十分重要的意義。

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