數字電流保護在地鐵中的應用

南京地鐵運營有限責任公司 210000

摘要 近年來，我國的地鐵建設得到了較大程度的發展。而在這種硬件快速發展的情況下，我國原有地鐵供電保護方案相對來說則存在著一定的不足，并對實際地鐵運行產生了一定的影響。在本文中，將就數字電流保護在地鐵中的應用進行一定的研究與分析。

關鍵詞：數字電流保護；地鐵；應用；

1引言

隨著我國地鐵建設規模的不斷提升，我國城市地鐵原有35kV保護方案所具有的局限性也越來越明顯，在現今地鐵運行中的很多情況下都得不到良好的應用，并因此對地鐵運行產生了一定的影響。在此情況下，數字電流保護技術出現在了人們的視野中，其在通信網絡、硬件設計以及保護邏輯方面都根據地鐵實際運行要求進行了一定的更改與優化，對于地鐵運行的安全性具有著較大的安全意義。

2保護組網技術

目前，變電站技術已經在我國現今的電力系統中得到了較多的運用，并因其所具有的可靠性以及先進性而獲得了較好的運用效果。其中，面向通用對象的變電站事件（簡稱GOOSE）則為電站過程層中的一類通信技術，能夠對對電站跳閘信號以及間隔閉鎖信號進行傳遞與實現，對于原有的物理接線具有著較好的替代意義。在信號的斷鏈檢測方面，其是以重發為基礎，當事件發生之后，該報文則進入到了一個頻率較快的重發階段，并在重發過程中其頻率逐漸增大，直到進入到一個相對穩態的重發周期。如果系統裝置在2倍重發時間內還沒有收到該類型報文，則會判斷GOOSE網出現了斷鏈現象。而正是由于其所具有的這種較強自檢能力，則使其在我國地鐵電流保護中具有了較為積極的運用意義。在我國地鐵行業中，對于該類技術還沒有形成較為廣泛的運用，也沒有在行業內部形成一套較為統一的應用標準。根據我國《智能變電站繼電保護技術規范》要求，GOOSE以及站控層網絡應當以獨立的方式進行配置，雖然我國目前地鐵供電系統為35kV，但是其依然具有較高的可靠要求，對此，就需要我們在對數字電流保護系統進行設置時應當根據110kV標準對其進行設置。具體結構如下所示：

圖1GOOSE組網方案

在該系統中，GOOSE網絡同地鐵監控系統以及數據采集系統相互獨立，并以100M/S冗余雙網拓撲結構進行設置。在每一個地鐵電站中，都對2臺GOOSE交換機進行了設置，并通過跨站級聯的方式實現GOOSE網絡在變電所中的良好貫通。而在每一臺保護裝置中，都單獨提供了相對獨立的兩個接口接入到網絡之中，在以GOOSE為機制的基礎上對分區內連閉鎖信息的傳遞進行了良好的實現。

3電流保護邏輯

對于數字電流保護邏輯來說，其主要由跳閘邏輯以及信號邏輯這兩部分組成。通過兩者之間的結合，該電流保護則能夠對地鐵電力系統的環網電纜以及母線電纜提供準確、具有選擇性的快速化保護。在該系統中，當斷路器處于合閘情況時，如果故障相電流大于閉鎖定值，在經過一定延時之后，裝置則會通過GOOSE的應用對故障相閉鎖信號進行傳輸，并使其根據1.2倍最大負荷電流整定。而如果數字電流保護定值小于故障相電流，且在定值時間內在對GOOSE信號進行傳輸的同時也接到了左右兩側裝置所發送的故障閉鎖信號，系統則判斷出現了區外故障；反之則會判定其出現了區內故障，并實現跳閘操作。

圖2地鐵供電系統故障

為了能夠更好的說明該保護實現方式，我們特舉出一個簡單的例子，具體配置情況如上圖所示：當圖中K1出現故障之后，6DL所具有的故障電流則會超出電流保護定值，此時電流保護裝置自動啟動。而6DL左側的2DL所具有的電流也將大于電流閉鎖定值，并會通過GOOSE網絡再次向6DL傳輸閉鎖信號。當其接收到閉鎖信號之后，系統則可以初步判定發生故障的位置不在2DL以及6DL之間。由于地鐵是單電源供電方式，當K1發生故障時，6DL右側相鄰的7DL，l0DL和13DL電流均為極小值，因此6DL不會接收到由它們任意一個發送的右側GOOSE閉鎖信號。根據圖1所示的邏輯，6DL保護裝置判定K1點故障在其右側保護區內，從而經過整定延時保護快速動作切除故障。環網K2點故障為2DL右側區內故障。左側相鄰斷路器為1DL，5DL，11DL，右側相鄰斷路器為6DL。其所具有的具體保護動作邏輯與K1點故障時6DL的邏輯相同。

4 硬件系統研制

4.1 雙核架構

在我國目前的地鐵電力保護系統中，所使用的較多為單處理器架構，其所具有的通信功能以及保護功能都是由單核處理器進行實現。對于這種單核架構來說，其在運行過程中具有著較為不穩定的特點，如果受到外界干擾，就會使保護效果受到較大的干擾。為了能夠對該種問題進行較好的解決，雙核處理器則成為了一種非常好的選擇。在該種雙核保護架構中，由獨立數字處理器對保護功能進行實現，而系統的其他功能如液晶顯示、對時以及通信等功能則由另外一個獨立的中央處理器實現。對于數字信號處理器來說，其由所具有的超流水線以及哈佛結構能夠較好的完成保護算法、保護采樣以及驅動跳閘繼電器功能的實現。同時，由于其為內部集成電路總線的雙核架構，即使中央處理器在運行的過程中出現問題停止工作，也不會對信號處理器的保護功能產生影響。

4.2 雙AD冗余采樣

目前，我國地鐵交流保護裝置一般都安在全封閉組合電器開關柜內，由于其體積較小，就會使斷路器同保護裝置間所具有的距離較近，為了能夠保證相關設備在實際運行的過程中不會出現互相干擾的情況，就需要地鐵保護裝置能夠具有較強的抗電磁干擾能力。為了能夠對該種需求進行實現、避免設備在運行的過程中出現誤動現象，該電流保護則對雙AD冗余采樣技術進行了應用。其中，每一路交流信號都通過兩路AD轉換器以及2路低通濾波電路實現采樣，能夠對回路采樣結果以及保護元件偏差進行計算，如果經過計算發現超出偏差預定值，則會立刻采取閉鎖操作之后發出告警信息，以此有效提升了回路的抗干擾能力。

5 結束語

在上文中，我們對數字電流保護在地鐵中的應用進行了一定的研究與分析，能夠有效的提升系統可靠性，具有較強的應用意義。

參考文獻

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