淺談城市軌道交通牽引供電系統的繼電保護配置

鄧萬財 劉小霞 廖 磊

（重慶公共運輸職業學院，重慶402247）

1 牽引供電系統饋線保護要求

城市軌道交通牽引供電系統是城市軌道交通車輛運行信息傳輸與引導的前提，更是城市軌道交通系統功能持續利用的基礎。根據已有牽引供電系統資料可知，其繼電保護主要分為電流與電壓兩種方式，根據電網框架與作用的不同，保護方式的選擇也需要進行適當調整。由此可見，在完整的牽引供電系統中，饋線保護方式不止一種，而從實際保護措施狀況可知，多數供電系統多采用電流為主而電壓為輔的保護措施。同樣，根據以往故障資料可知，牽引供電系統保護措施必須滿足過載電流保護裝置反應靈敏，能夠及時隔絕故障隱患的要求，才能確保供電系統運行質量不會受到影響，同時，還需要借助不同的供電方案與智能識別裝置，提升電網管理工作的可控能力。

2 牽引供電系統保護設計分析

城市軌道交通牽引供電保護系統的設計應該將電流保護作為核心，將電壓保護置于其次，并根據城市軌道交通電網運行穩定性要求提供適當的斷路器裝置，提供完善的備用電網系統，才能有效避免電力故障對供電系統的損害，使電力設備得到更全面的技術保障。在此期間，牽引供電系統保護設計工作應著重分析電力系統可能潛在的風險，并借助饋線措施判斷常出現的故障部位與可能造成的功能性損害，才能確保斷路器設置準確，能夠在檢測到過載電流的時迅速斷開電力回流，以此避免電力設備受過載電流影響，出現損壞或事故風險。同時在設置整流回路斷流器與直流饋線斷流器過程中，還需要根據兩種設備不同原理與作用進行深入分析，以避免安裝錯誤的情況出現，影響城市軌道交通供電系統運行的穩定性。

首先，在城市軌道交通系統運行期間，如果電源系統跳閘，則城市軌道交通測量極易受到涌流的影響，從而在流經懸鏈線段時產生額外電流，如此便降低了斷流器工作的質量。所以，在城市軌道交通牽引供電系統保護設計工作中，必須盡量提供系統保護措施，并加強電網系統監控水準，以此避免系統跳閘問題的出現。

其次，在供電系統保護期間，設計者應根據電網系統運行環境分析可能潛在的風險，并借助有機聯系消除直流系統中可能出現短路的風險，才能避免過載電流等隱患出現，使供電系統運行得以保障。

最后，在常見故障位置，設計者應根據故障問題選擇適宜的保護措施，確保直流供電系統不會受到外界環境等因素的影響，才能進一步確保城市軌道交通電網運行穩定，避免對城市軌道交通管理部門帶來經濟損失。

3 牽引供電系統繼電保護分析

3.1 大電流脫扣繼電保護

根據城市軌道交通牽引供電系統故障資勞可知，短路電流問題在系統中發生頻率最高，并且潛在危害與傷害也最大，若不及時加以隔離保護，則勢必會嚴重損傷電力設備，甚至直接影響城市軌道交通功能體系的正常使用。故而，在饋線保護時首先便要避免短路故障出現，而大電流脫扣保護裝置便是借助斷路器效應隔絕保護措施的一種手段。根據脫扣繼電保護原理可知，當供電系統發生短路等其他故障時，斷路器感應到大電流會自動跳閘，以此中斷線路供電，避免對饋線造成損害。另外，從以往牽引供電系統故障來看，當直流斷路器檢測到線路瞬時電流大于額定要求時，能夠在短時間內將線路系統電流截斷，并及時將線路轉為備用系統，以此保障城市軌道交通工作正常開展，如此也同樣鞏固了供電系統運行的穩定性。

3.2 過電流保護措施

根據過電流保護動作的時間，直流饋線保護系統可分為無延時過電流保護和延時過電流保護。兩者之間最大的區別是是否存在設置的操作延遲值。無延時過電流保護不會設置動作延時值。其基本功能原理類似于大電流跳閘保護原理。一旦在運行期間檢測到系統電流高于允許值，饋電開關將立即響應。它的總體保護時間和反應時間都很短。

延時過電流保護的電流設定值小于無延時過電流保護的電流設定值，但其工作時間較長。通常，延遲過電流保護應滿足以下條件：i＞idtm 和t＞T0，其中T0 是延遲設置值。饋線的這種保護措施實際上是由保護控制單元確定的idtm 和T0 值。最重要的是idtm 的設置。通常，您可以通過分別設置idtm 的正值和負值來設置idtm 的值。當使用負值表示城市軌道交通的再生狀態時，由于電源系統中的短路故障，反向電流會流經饋線柜。從公式可以看出，當電源系統中的電流在指定時間內超過其允許的最大電流值時，繼電保護裝置將立即響應，跳閘并清除故障。

3.3 電流上升率保護措施

電流上升率繼電保護是用于城市軌道交通牽引系統中繼電保護配置的兩種最常用的繼電保護之一。通常將此類繼電保護的啟動條件設置為電流上升率值，并且當其進入延遲階段時將采取保護措施。一般來說，電流上升率保護主要適用于長距離非金屬短路故障。

根據保護措施的特點，在城市軌道交通運行過程中，繼電保護裝置需要連續檢測電流的上升速度，但是當檢測到的電流的上升速度大于設定的起始值時，保護動作，保護動作開始。同時，應該注意的是，只有在延遲時間內整個電流上升率高于設定的保護動作開始值時，才可以開始保護動作，否則保護將恢復。

3.4 當前的增量保護措施

增量電流繼電保護是用于城市軌道交通牽引系統的繼電保護配置的另一種常用繼電保護。這種繼電保護與電流上升率保護相同。通常將啟動條件設置為當前上升率值。當進入延遲階段時，將采取保護措施。這種繼電保護器主要用于短路非金屬短路故障。

此外，使用這種類型的繼電保護配置時，應注意的是，當電流上升率保護措施被激活時，電流上升率保護措施也已進入保護延遲階段。電流增加量的計算機應該是電流增加量保護措施開始時的電量，并且電流增加量必須在保護措施開始之前的預定延遲時間內始終高于參考量。

4 優化城市軌道交通牽引供電系統繼電保護技術的幾點建議

4.1 絕緣子永久性破壞的保護方法

雷擊事件發生后絕緣子有可能會被永久性破壞，這是因為絕緣子在遭受雷擊時，它的電壓一定會產生閃絡現象，絕緣子閃絡以后，它的工頻就會被逐一燒毀，最后工頻完全被破壞后絕緣子也就被永久破壞了。因此，如何在城市軌道交通牽引供電繼電保護系統中解決絕緣子保護的問題是系統的核心問題，其重要性不言而喻。一般而言，系統經常采用如下方法對絕緣子進行保護，即在水平絕緣子和懸式絕緣子兩端加裝保護間隙，或者采用避雷針安插保護間隙的方法，這樣一來就可以準確及時的定位雷擊閃絡，當雷擊閃絡發生時系統可以立刻對工頻電弧進行有效疏導，最終起到保護絕緣子的作用。當然，這種保護方式也有其弊端，即雷擊時會發生跳閘的現象，導致整個牽引供電繼電保護系統失效。

4.2 注重雷電監測實行差異化繼電保護

繼電保護系統中的“防”指的是預防，也就是說系統要在雷擊發生之前進行預警，要想達到這一目的，首先就要保證整個系統的自動化控制，其次要保證系統能夠進行實時監測。繼電保護系統的自動化控制技術可以由計算機系統來完成; 實時監測需要物聯網系統來完成，其中傳感器的適用性和準確性是系統的關鍵。

結束語

城市軌道交通牽引供電系統繼電保護的有效落實，不但能夠為城市軌道交通運行提供更加穩定且可靠的電力引導平臺，避免電網故障對設備造成難以預估的損害，同時憑借系統保護措施與智能化元件，更可以增強電力線路的可控性，這保證了網格系統運行的質量。因此，在討論城市軌道交通牽引供電系統繼電保護時，必須弄清城市軌道交通牽引供電系統的常見問題和故障隱患，并提供適當的保護方案與斷路器裝置，才能為后續供電系統的正常使用提供全方面的技術保障。