地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)初探

王學(xué)振

摘要：近年來隨著人均消費(fèi)能力的不斷提升使得大多數(shù)的人都成為有車一族，購車為自己的出行提供了極大的便利，但是人人有車的情況使得城市交通更為擁擠，特別是在早高峰期和晚高峰期的時(shí)候，水泄不通，極大程度上延長(zhǎng)了人們的出行時(shí)間，在經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)發(fā)達(dá)的城市，擁擠情況更為嚴(yán)重。許多人為了自己上學(xué)或者上班不遲到，反而會(huì)采用地鐵出行的方式，但是因?yàn)槿肆髁肯鄬?duì)密集，因此地鐵發(fā)車時(shí)間的間隔在不斷地減小，在一定程度上增加了地鐵運(yùn)行的壓力?，F(xiàn)今大多數(shù)地鐵站都是高負(fù)荷運(yùn)作的狀態(tài)，高負(fù)荷的運(yùn)作狀態(tài)對(duì)地鐵的供電系統(tǒng)提出了更高的要求，所以地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)尤為關(guān)鍵。本文深入研究地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)，從地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理入手，首先闡述交流中壓系統(tǒng)繼電保護(hù)，隨后敘述直流牽引系統(tǒng)繼電保護(hù)，以期為相關(guān)研究學(xué)者提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;供電系統(tǒng);繼電保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP271+.83? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0288-02

現(xiàn)今地鐵站的供電系統(tǒng)大多為牽引供電系統(tǒng)，牽引供電系統(tǒng)是由多個(gè)電氣設(shè)備以及傳輸線路組成的供電系統(tǒng)，并且各個(gè)電氣設(shè)備之間存在密切的聯(lián)系，還可以相互的影響，如果其中的某個(gè)位置出現(xiàn)故障的時(shí)候，周圍的電氣設(shè)備也會(huì)受到影響，不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備造成的影響可能是縮短電氣設(shè)備的使用壽命，因此繼電保護(hù)尤為重要。有效的繼電保護(hù)設(shè)備能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)電流的不穩(wěn)定狀態(tài)，并且迅速地切除對(duì)故障點(diǎn)供電以消除短路電流，從而對(duì)其他的電子設(shè)備提供有效的保護(hù)。地鐵站供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)就是對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)中的每個(gè)部位進(jìn)行有效的保護(hù)，當(dāng)某一個(gè)部位發(fā)生故障的時(shí)候，繼電保護(hù)裝置就會(huì)立即啟動(dòng)，并且采取相應(yīng)的措施做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，為整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)提供有效的保障。

1 地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理

繼電保護(hù)系統(tǒng)隨著供電系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展，主要的發(fā)展階段有三個(gè)，第一階段是機(jī)電式保護(hù)，第二階段是電子式靜態(tài)保護(hù)，第三階段是微機(jī)保護(hù)。從1980年開始，我國就全面進(jìn)入微機(jī)保護(hù)階段，并且微機(jī)保護(hù)在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。其中保護(hù)系統(tǒng)中的主要運(yùn)算器也變成了32位機(jī)，在最初的時(shí)候運(yùn)算器是8位機(jī)或者是16位機(jī)，系統(tǒng)中的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和核心處理器件也變成了數(shù)字信號(hào)處理器，最初的時(shí)候數(shù)字轉(zhuǎn)換器和核心處理器件是A/D轉(zhuǎn)換器和壓頻轉(zhuǎn)換器。這種依托于計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的繼電保護(hù)系統(tǒng)就是微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主要由兩個(gè)方面組成，一部分是硬件結(jié)構(gòu)，一部分是軟件系統(tǒng)。其中硬件結(jié)構(gòu)主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)以及開關(guān)量I/O系統(tǒng)構(gòu)成，軟件系統(tǒng)主要由接口軟件、保護(hù)軟件、中斷程序、繼電保護(hù)各種算法程序以及其他的輔助功能。軟件系統(tǒng)在整個(gè)微機(jī)保護(hù)占據(jù)非常重要的地位，不僅要負(fù)責(zé)測(cè)量電壓電流的情況，同時(shí)還要能夠有效地調(diào)節(jié)和控制各種可控設(shè)備，并且要對(duì)故障進(jìn)行詳細(xì)的記錄、處理等等[1]。

我國現(xiàn)今全面進(jìn)入科技時(shí)代，在這種時(shí)代背景之下，科學(xué)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在微機(jī)保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)更為明顯。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)依托于先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)，不僅具有廣泛覆蓋性的特點(diǎn)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享的功能，正是由于這些優(yōu)勢(shì)使得繼電保護(hù)主計(jì)算機(jī)可以占用并處理信息系統(tǒng)的全面的數(shù)據(jù)[2]。數(shù)字化的計(jì)算機(jī)在微機(jī)保護(hù)保護(hù)中主要起到的作用就是進(jìn)行數(shù)值和邏輯的計(jì)算，目的就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行準(zhǔn)確的判定，根據(jù)判定結(jié)果來判斷電力系統(tǒng)當(dāng)中是否存在故障，為了能夠更加準(zhǔn)確的判斷電力系統(tǒng)當(dāng)中存在的故障，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)會(huì)通過相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)各種狀態(tài)信息進(jìn)行采集，采集之后再對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化的處理，然后將處理之后的狀態(tài)信息與保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，通過比較來判斷電力系統(tǒng)當(dāng)中是夠存在故障，并且可以判斷故障的發(fā)生位置以及類型，隨后針對(duì)故障的情況采取相應(yīng)的保護(hù)措施，從而達(dá)到對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的目的[3]。

2 交流中壓系統(tǒng)繼電保護(hù)

交流中壓系統(tǒng)繼電保護(hù)可以分為交流中壓環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)以及牽引變壓器繼電保護(hù)兩個(gè)方面。

2.1交流中壓環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)

現(xiàn)今許多地鐵站主變的供電方式是分散式的供電方式，經(jīng)過主變之后將110kV轉(zhuǎn)變成了10kV，然后供整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)使用。對(duì)于這種供電網(wǎng)絡(luò)所采取的保護(hù)措施都是非常基礎(chǔ)的供電保護(hù)措施，例如電流保護(hù)、電壓保護(hù)等等，這些基本供電保護(hù)措施的運(yùn)作原理非常簡(jiǎn)單，并且能夠達(dá)到保護(hù)的目的，操作也十分的簡(jiǎn)便，但是也存在一定的局限性，不能夠準(zhǔn)確的識(shí)別故障的類型和位置，并且保護(hù)的范圍也十分的有限，所以交流中壓系統(tǒng)將距離保護(hù)設(shè)置為主保護(hù)。距離保護(hù)的主要原理就是通過短路點(diǎn)到保護(hù)設(shè)備安裝位置的不同來準(zhǔn)確地判斷故障的位置。因?yàn)樵诰嚯x保護(hù)機(jī)制當(dāng)中，輸電線路的阻抗和整個(gè)線路的長(zhǎng)度所形成的關(guān)系是正比關(guān)系，所以通過對(duì)阻抗值大小的判斷就能夠準(zhǔn)確的判斷故障的位置。距離保護(hù)就是通過對(duì)線路電圧以及電流的測(cè)量和計(jì)算來判斷故障是否發(fā)生以及故障的發(fā)生位置[4]。

2.2牽引變壓器繼電保護(hù)

一般情況下，繼電系統(tǒng)中變壓器的主要保護(hù)方式是瓦斯保護(hù)。但是地鐵供電系統(tǒng)存在一定的特殊性，為了與地鐵地下運(yùn)行特點(diǎn)相契合，在地鐵的供電系統(tǒng)當(dāng)中往往視同的是干式變壓器，干式變壓器不能采用瓦斯保護(hù)的方式，同時(shí)也不能夠使用差動(dòng)保護(hù)的方式。對(duì)于地鐵變壓器的保護(hù)，一般情況下使用的保護(hù)配置是電流速斷、過電流保護(hù)、過負(fù)荷信號(hào)以及溫度信號(hào)。其中電流保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠快速地識(shí)別出故障的發(fā)生，并且立即對(duì)發(fā)生的故障做出反應(yīng)，缺點(diǎn)在于對(duì)信號(hào)的識(shí)別能力相對(duì)較差，往往不能識(shí)別大容量牽引變壓器產(chǎn)生的暫態(tài)勵(lì)磁涌流信號(hào)而造成誤動(dòng)[5]。在正常的運(yùn)行過程中，變壓器工作過程中產(chǎn)生的勵(lì)磁電流并不強(qiáng)，會(huì)對(duì)保護(hù)裝置產(chǎn)生影響。但是如果變壓器繞組在電壓過零的時(shí)候切入電源，第一個(gè)電壓周波內(nèi)的磁通量會(huì)導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)飽和的情況，并且會(huì)持續(xù)性的產(chǎn)生無數(shù)個(gè)周波的勵(lì)磁涌流，電流保護(hù)裝置如果不能對(duì)這個(gè)勵(lì)磁涌流進(jìn)行有效的識(shí)別會(huì)使得斷路器頻繁的重合閘，導(dǎo)致各種電氣設(shè)備的使用壽命嚴(yán)重受損，因此有效的識(shí)別是今后重點(diǎn)研究的問題。

3 直流牽引系統(tǒng)繼電保護(hù)

直流牽引系統(tǒng)繼電保護(hù)可以分為整流器繼電保護(hù)以及直流饋線繼電保護(hù)兩個(gè)方面。

3.1整流器繼電保護(hù)

地鐵供電系統(tǒng)中整流器的主要保護(hù)措施就是過流保護(hù)。實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的主要裝置就是快速熔斷器。如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障，快速熔斷器會(huì)快速的切斷整流器內(nèi)部或者外部的短路故障電流，從而達(dá)到保護(hù)整流器的目的?？焖偃蹟嗥鞯淖畲髢?yōu)點(diǎn)就是體積相對(duì)較小，功耗也非常小，容量卻非常大。除了能夠有效對(duì)整流器提供有效的保障，快速熔斷器還能夠限制電流，如果系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)短路故障，快速熔斷器會(huì)第一時(shí)間發(fā)揮作用，對(duì)短路電流進(jìn)行限制，有效的保護(hù)系統(tǒng)中的整流器。

3.2直流饋線繼電保護(hù)

直流饋線繼電保護(hù)主要包括三個(gè)方面，即大電流脫扣保護(hù)、di/dt-ΔI保護(hù)以及雙邊聯(lián)跳保護(hù)。其中大電流脫扣保護(hù)通過對(duì)設(shè)定電流的閾值與測(cè)量值比較結(jié)果的判定來下達(dá)保護(hù)指令，最大的特點(diǎn)就是能夠有效地保護(hù)自身擁有的短路裝置，并且可以快速地?cái)嚅_斷路器，從而減弱故障對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)所造成損害。di/dt-ΔI保護(hù)不僅能夠判斷電流信號(hào)的實(shí)時(shí)上升率，同時(shí)還能計(jì)算電流的增量，根據(jù)對(duì)上升量以及增量的判斷來決定是否下達(dá)保護(hù)指令。雙邊聯(lián)跳保護(hù)可以有效地解決某一牽引變電所繼電保護(hù)裝置失靈時(shí)存在的安全隱患，從而有效的保障變電所跳閘動(dòng)作的可靠性[7]。

4 結(jié)語

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷加快，城市的人口越來越多，城市人口的增長(zhǎng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于城市的發(fā)展速度，導(dǎo)致城市人口擁擠，特別是經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，人口擁擠對(duì)城市的交通造成了巨大的壓力，特別是地鐵站。高度密集的乘客量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出地鐵的運(yùn)載能力，導(dǎo)致地鐵站一直處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之中，這種狀態(tài)對(duì)的運(yùn)載能力提出了更高的要求。大多數(shù)的地鐵站通過縮短發(fā)車時(shí)間的方法來減弱高乘客量對(duì)地鐵站產(chǎn)生的壓力，但是發(fā)車時(shí)間間隔的縮短使得地鐵站的供電系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)作，供電系統(tǒng)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)作的狀態(tài)之下，發(fā)生故障的概率明顯增加，地鐵站的供電系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，整個(gè)地鐵航線都會(huì)癱瘓，如果是交通高峰期，地鐵航線癱瘓會(huì)對(duì)人們的日常生活造成極大的影響，所以地鐵供電系統(tǒng)繼電保護(hù)尤為關(guān)鍵。有效的保護(hù)措施使得地鐵的供電系統(tǒng)即使在高負(fù)荷的狀態(tài)之下也能夠持續(xù)性的運(yùn)行，降低故障的發(fā)生概率，為地鐵站的運(yùn)營(yíng)提供有效的保障。

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