城市軌道交通大分區環網中壓供電系統保護方案探討

黃委

（金華市金義東軌道交通有限公司，浙江 金華 321017）

1 各部分的配置原則

（1）區間電纜：建立多套保護機制，主保護采用光纖差動保護方式，第二套主保護為線路電流相位比較式縱聯保護，在前述基礎上實施電流保護的后備保護措施，形成多層次、全方位的保護體系。

（2）母線：主保護應用母線差動保護裝置，以滿足母線故障的瞬時跳閘要求，及時切斷安全隱患；后備保護應用母線電流相位比較式縱聯保護，實現此功能的硬件為進出線綜保裝置。

（3）饋線柜：該部分的關鍵因素在于保護整流變電以及動力變電，因此往往會使用綜合電流保護裝置；值得注意的是，該裝置還能發揮接收非電量信號作用，從而在發生故障后快速做出跳閘、報警動作。

（4）母聯柜：過流保護采用綜合電流保護裝置，其還可以提供與母聯開關相關的自投功能，以進一步增強安全防護效用。

2 繼電保護及安全自動裝置運行原則及原理

2.1 對線路展開主保護

進出線柜的主保護采取的是雙重措施并行的模式，即光纖差動保護和電流電流相位比較式縱聯保護，通過兩種方法的綜合應用，在區間故障發生后可做出瞬時切除動作或在短延時后快速且精準地切除故障。光纖差動保護成熟可靠、運行簡單，是國內城市軌道交通領域應用較為廣泛的方法。線路電流相位比較式縱聯保護則著重考慮的是位于線路兩側的故障電流，根據兩側的情況作出準確判斷，若兩側均存在故障電流視為外部故障，僅有一側有故障電流時則視為區間內部故障。

2.2 線路后備保護

相同時間延時的過流保護，并為配備相應的輔助方式，通常都會設置一段加速過流段來達到保護效果。當電流相位比較式縱聯保護光纖通道出現故障時，為正常應對突發情況，將及時啟用該保護措施，以確保線路保護具有選擇性。

2.3 母線主保護

根據母線建設情況為各段適配獨立的母差保護裝置，在此配置方式下形成母線故障的主保護機制，若存在故障則達到瞬時切除、減小不良影響的效果。母線差動保護的核心是單元保護，兼具靈敏、全面、便捷等多重優勢。得益于母線差動保護的速動性和100%的選擇性，可有效避免饋線電流保護啟動閉鎖所導致的繁復接線現象，同時，無須考慮與饋線電流保護動作的協調性需求，靈活性突出。

2.4 母線后備保護

以電流保護裝置為基礎，建立穩定可靠的母線電流相位比較式縱聯保護功能，提供備用防護模式，提高在母線出現故障時進行相應處理的速率與效益。一般來說，在得到準確結果后，才能判斷是否屬于母線故障。詳細地說，就是如果進線、出線、母聯這三個部位中，只存在其中一個部位發生故障電流且在規定的延時范圍值后故障電流還沒有消除，則視為母線故障，此時，及時發出跳閘命令，高效完成跳閘動作。

2.5 饋線保護

要實現對饋線的保護，一般來說，要考慮到以下2個主要內容：（1）設置對應的用以保護電氣量裝備；（2）對非電量進行保護，包含但不限于變壓器超溫跳閘、直流系統的整流器故障跳閘、框架泄漏保護。

2.6 母聯保護

母聯保護是指為其配置帶有延時功能過流保護。在該方式上，可參考線路過流加速段保護延時的相關步驟，兩者基本一致。

2.7 斷路器失靈保護

（1）當饋線斷路器出現失靈情況時，可為其適當地配備失靈保護單元。此時，應注意的是，如果延時在200ms或以上，則要立即啟動母線跳閘總線。

（2）進線斷路器失靈。線路發生故障時，預設在線路兩側的保護機制隨之做出響應（差動保護或電流相位比較式縱聯保護），這具體表現為進線斷路器會自動跳開。由此可見，通常情況下，進線斷路器失靈并不會影響故障正常切除功能。對于母線來說，若出現故障，則會觸發母線差動保護動作，進線斷路器失靈時，將由于該裝置的異常而導致母線故障難以正常切除，通過母線跳閘總線跳開進出線和母聯，經200ms延時后聯跳上游斷路器，由此達到切除故障的效果。

（3）出線斷路器失靈。線路出現故障后，通常都會同時產生差動保護，該響應方式也就意味著這一技能能夠使下游斷路器與出線斷路器實現有效跳開，而在出現斷路器失靈的情況時不具備切除故障的條件，啟動進出線失靈保護，經過200ms延時后切除故障。母線發生故障時進出線和母聯跳閘，此時，做出的是母線差動保護動作。

2.8 母聯備自投

就城市軌道交通的供電需求而言，可靠性是重要要求與保障，因此需適配完善的電源自投功能，以便富有針對性對出現的故障元件進行切除；不僅如此，在切除后，城市軌道交通還需能夠在盡量短時間內完成對非故障元件供電的恢復工作，從而確保自身能夠在實現穩定運行的過程中，一直處于供電系統都十分穩定的狀態。對此，可以配置失壓啟動備自投方案，作為線路差動保護的后備方式，形成多重防護聯動機制。

在設計中，一般都會預先考慮以“近故障點優先啟動備自投”為原則的方案，其實現方法就是為母聯柜上綜合保護裝置提供配套。在運行過程中，當出現線路區間故障時，這一方案能夠有效保證線路差動保護動作的及時性（即方面快速切除區間故障）；與此同時，在線路受電端變電所備自投啟動的基礎上，母聯開關會合上，至此則可以使系統轉為正常供電的工作狀態。

失壓啟動備自投，延時的設定主要考慮的是電源側至末端站的順序以及時間級差，其具有突出的選擇性特征，能夠較為靈活地實現近故障點優先啟動備自投。失壓啟動備自投的綜合應用效果較好，除了進線人工分閘等基礎方面的功能外，還可作為其他故障的備自投后備，例如，在線路差動保護動作后啟動備自投。由此可見，失壓啟動備自投是一種綜合防護效果較好的方案。

3 安全保護方案在市域軌道交通工程的應用分析

經前述分析，本文提及的保護方案綜合應用效果較好，且已經在城市軌道交通工程中取得應用。從實際應用情況來看，在模擬線路區間故障、饋出線故障以及母線故障時，保護裝置均能夠正常使用，適應于多種狀態，實際動作結果與分析結果相同，由此也驗證了該保護方案的可行性。

3.1 保護配置

保護配置方案示意圖如圖1所示。結合圖中內容展開分析，進出線主保護實施的是光纖縱差保護裝置MiCOMP521，母差保護裝置選用MiCOMP746，母線和饋線均使用的是MiCOMP143，但其獨特之處在于不帶光纖通道。

圖1 雙環網保護配置

MiCOMP521的功能豐富，除了基礎的差動保護外，還可以提供過流、負序過流保護、跳閘回路、冷負荷啟動等一系列的功能，極具選擇性和速動性的特征，并且動作的靈敏度較高，穩定可靠。MiCOMP143是一種綜合性較強的保護裝置，具體包含電流、電壓等主保護功能，還可提供相配套的輔助功能以及測量功能。得益于裝置的PSL邏輯編程功能，可提高靈活性，即根據特定的要求設定過流保護段的啟動或閉鎖條件，還可實現母聯備自投等具有自動化特色的功能。

3.2 裝置保護的時限

（1）無論是線路還是母線電流相位比較式縱聯保護，兩者的時限均設為0.3s。（2）母聯過流保護時限、進出線加速過流保護時限，兩者均取0.5s。（3）進出線過流保護時限設為0.9s，但具體根據實際條件而定，例如，在不考慮母聯過流保護啟動失靈的前提下，可適當縮短時限，例如，以0.7s較為合適。

4 結語

綜上所述，城市軌道交通的穩定運行需得到多類基礎設施的支持，其中大分區中壓供電系統則極具重要性，但系統運行環境復雜，內部組成要素較多，必須加強安全防護，提高大分區中壓供電系統的整體運行水平。在本文中，則根據選擇性較靈活、速動性較好的基本要求展開保護方案的設計與分析，提出一些基本思路、原則以及具體保護機制，希望可以給同仁提供參考。