簡析地鐵供電系統電流選跳保護及方案優化

李斌冰

摘 要：電流選跳保護是基于計算機和電子信息技術發展而來的一種新型速動保護，當地鐵供電系統出現故障問題時，通過對故障信息的分析、判斷，實現有選擇性的快速跳閘，從而有效防止了問題的擴大化。目前，電流選跳保護方案已經在國內各地區地鐵站得到了廣泛應用。文章首先概述了電流選跳保護的工作原理，隨后對地鐵供電系統中保護配置進行了分析，最后在分析電流選跳保護應用優缺點的基礎上，提出了具體的優化方案。

關鍵詞：地鐵；供電系統；電流選跳保護；方案優化

1 電流選跳保護的工作原理

1.1 環網選跳保護實現原理

線路兩側的進出線均設有電流選跳保護裝置，運行中電纜兩側的保護裝置各自檢測本側是否有過電流，通過二者之間的光纖通信電纜，將是否有過電流的信號通知給對方。電流選跳保護收到對方的信號后在極短時間內進行邏輯判斷，根據線路兩端是否同時流過故障電流判斷出區內或區外范圍故障，確定是否跳閘或閉鎖跳閘。

1.2 母線選跳保護原理

當母線發生短路故障時，在與母線連接的所有進出線、饋線只有一路進線存在短路電流，將這些保護裝置聯網，實現各裝置的信息共享或相互“通知”，經過比較、判斷，確定故障區段而快速跳閘，實現母線保護功能。

2 地鐵中壓供電系統及保護配置分析

近年來，國內各地區紛紛投資建設地鐵，為了降低地鐵綜合造價以及環網電纜投資，業內通常采用“大分區”供電方案，為了給地鐵運行提供充足的電力，每個分區內變電所的數量也相應增加，從原來的3個增加至6個以上。

2.1 傳統保護配置方案

地鐵供電系統中壓環網每個35（33）kV進、出線傳統保護配置方案：光纖線路差動保護為主保護，定時限過電流和零序過電流保護為后備保護。以上保護配置方案可做到對各種常見短路故障的可靠保護，但上述保護配置存在一定的局限性和不足，尤其在大供電分區中顯得更為突出。

2.2 傳統過電流保護的不足

首先，為了保證母線運行安全，應當嚴格按照相關的設計要求，在35kV變電所中配置母線保護。但是在實際工作中，出于價格成本考慮，并沒有對母線進行專門保護。如圖1所示，在這種情況下，電壓互感器直接插在母線上，容易出現短路故障，對開關柜母線造成嚴重的危害。

其次，后備保護中，過流保護的速動性和選擇性之間難以做到平衡與協調。在過流保護中，如果要想確保保護動作的快速性，就必須要犧牲選擇性。例如，地鐵供電系統中的故障源距離變電所越近，那么所產生的短路電流就越大，在這種情況下，應當盡快切斷電源。但是在實際運營中，為了保證選擇性，過流保護的動作時間超出標準規定，不利于故障問題的及時控制。如圖2所示。

3 電流選跳保護的優缺點分析

雖然電流選跳保護結合了信息化技術，但是從本質上來說仍然屬于過電流保護，與傳統的過流保護相比，電流選跳保護既有自身獨特的應用優勢，也存在許多亟待改進的地方。

3.1 優點

首先，電流選跳保護能夠在故障發生的第一時間，迅速判定故障發生的精確位置，從而有效避免了故障的擴大化。同時，根據信息分析實現選擇性跳閘，動作時間一般維持在40ms左右，解決了傳統過流保護中速動性與選擇性的矛盾。其次，差動保護雖然動作時間與電流選跳保護類似，但是差動保護容易出現光纖信號異常、斷路器扭動等問題，而電流選跳保護則具備后備保護功能，即便是出現上述問題，也能夠保證正常跳閘動作。再次，電流選跳保護的保護范圍具有較強的波動性，不會受到供電分區的大小以及其他因素的影響，滿足現階段大分區環網接線的供電環境。最后，電流選跳保護的覆蓋范圍較廣，除了對環網電纜進行保護外，還能夠為開關柜母線提供保護，確保了整個地鐵供電系統的安全。

3.2 缺點

第一，電流選跳保護雖然動作較快，但是要想達到啟動條件，還需要借助于其他輔助裝置。例如，一般狀況下只有同時滿足“裝備故障、信號異常、斷路器扭動”三種條件時，才能夠啟動保護作用，在一定程度上降低了電流選跳保護的可靠性。第二，電流選跳保護的啟動電流是根據線路額定負荷電流來確定的，但是在地鐵供電系統正常運行條件下，電流值低于最大負荷電流，因此電流選跳保護的靈敏度也要低于差動保護。第三，為了確保變電所內各部分裝置之間能夠做到信息互通，必須用導線將各個裝置進行并聯。這就導致整個系統內接線口數量較多，給正常的檢修工作帶來了困難。

4 電流選跳保護的優化方案

在辯證分析電流選跳保護的優缺點之后，結合實際工作經驗，提出了針對電流選跳保護的優化方案，具體如下。

第一，在“大分區”供電系統中，杜絕以往采用單一保護的方案，而是綜合各種保護方案的應用優勢，實現差動保護、選跳保護以及限流保護的多層次結合。這樣一來，能夠最大限度的避免單一保護方式所存在的局限性，從而極大的提高了供電系統保護的安全性。第二，由于地鐵供電系統較為復雜，因此部分情況下會出現多處故障同時發生的情況。當兩處及以上故障同時出現時，處理器通過信息分析和優先級判斷，確定優先保護方案，從而首先解決危害性較大的故障問題，隨后處理優先級別較低的問題。第三，如果差動裝置和通信裝置出現問題，則需要選跳保護啟動本地斷路器跳閘。如果是斷路器和差動裝置出現問題，則需要由本地選跳保護的后備保護啟動上級短路器跳閘。

5 結束語

開展“大分區”環網接線建設是地鐵供電系統未來發展的主流趨勢，具有建設成本低、系統簡單等特點。其中，電流選跳保護作為一種集合了計算機等多種現代科技的地鐵供電系統保護方案，能夠有效解決傳統供電系統中的普遍問題。但是通過實踐應用也發現，電流選跳保護由于通訊方式、保護原理等因素的影響，仍然存在一些弊端，需要相關的管理人員結合實際，在綜合分析的基礎上，不斷實現電流選跳保護的方案優化。

參考文獻

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