陳建君，周才發(fā)

0 引言

城市軌道交通工程供電系統(tǒng)是城市軌道交通的動(dòng)力之源，為車輛、車站和沿線用電設(shè)備提供電源，供電系統(tǒng)一旦送電，繼電保護(hù)就必須保證其安全可靠地運(yùn)行，否則將給城市軌道交通的運(yùn)行埋下嚴(yán)重的事故隱患，危及生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定。目前，國內(nèi)城市軌道交通工程供電系統(tǒng)多采用集中供電方式，中壓供電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)分區(qū)供電。

1 傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置方案

城市軌道交通工程中壓供電網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)保護(hù)配置方案通常采用光纖縱差保護(hù)作為主保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)和零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。該方案便于理解，保護(hù)的選擇性邏輯非常清晰，具有后備保護(hù)的多重（級）性，保護(hù)的獨(dú)立性強(qiáng)。

但是，該方案的過電流后備保護(hù)，主要是依靠上下級繼電保護(hù)來整定電流和時(shí)間的級差，以實(shí)現(xiàn)選擇性，因此，故障點(diǎn)越靠近電源側(cè)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越慢。而且，針對不同的運(yùn)行方式，保護(hù)整定值必須進(jìn)行相應(yīng)的切換，這給運(yùn)營調(diào)度帶來了不便。由于城市電力調(diào)度部門提供的主變電所35 kV 側(cè)母線的過電流時(shí)間定值通常較短，因此，該方案僅適用于小分區(qū)中壓供電環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，在大分區(qū)供電環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)或主變電所支援越區(qū)供電時(shí)，后備過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作無法保證選擇性。

作為面向公眾的城市軌道交通工程，對供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求是不斷提高的，因此，對中壓供電環(huán)網(wǎng)傳統(tǒng)的過電流后備保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化顯得十分必要。筆者在此提出一套過電流后備保護(hù)優(yōu)化方案，并對其原理和工作過程進(jìn)行分析，供中壓供電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)參考。

2 優(yōu)化方案

城市軌道交通工程供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后的保護(hù)配置方案采用光纖縱差保護(hù)作為主保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)（帶后加速）和零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。下面將以各故障點(diǎn)為例，對優(yōu)化方案的原理和工作過程進(jìn)行分析。鑒于城市軌道交通工程供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)接地故障的零序電流不會(huì)反映到主變電所的高壓側(cè)，因此，零序電流保護(hù)不受整定時(shí)間級差的限制，優(yōu)化方案中的零序電流保護(hù)與傳統(tǒng)方案中的零序電流保護(hù)一致，下面的分析將不涉及零序電流保護(hù)。

圖1 為城市軌道交通工程供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)過電流后備保護(hù)優(yōu)化方案原理圖，考慮各級保護(hù)時(shí)間配合級差為0.3 s。中壓供電環(huán)網(wǎng)過電流后備保護(hù)的時(shí)間定值為0.9 s，光纖縱差保護(hù)裝置故障退出時(shí)觸發(fā)過電流后加速保護(hù)時(shí)間定值為0.6 s，考慮母線故障時(shí)邏輯判斷所需時(shí)間為0.2 s（相當(dāng)于母線故障時(shí)，進(jìn)線過電流保護(hù)的時(shí)間定值為0.2 s），母線限時(shí)速斷保護(hù)時(shí)間定值為0.4 s，饋線速斷保護(hù)的時(shí)間定值為0 s，饋線過電流保護(hù)時(shí)間定值為0.3 s。

圖1 過電流后備保護(hù)優(yōu)化方案原理圖

針對城市軌道交通工程采用集中供電方式、中壓供電網(wǎng)絡(luò)為雙環(huán)網(wǎng)分區(qū)的交流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，與環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置相關(guān)的故障可以概括為環(huán)網(wǎng)電纜故障、母線故障、饋線電纜故障。

2.1 環(huán)網(wǎng)電纜故障

如圖1 所示，當(dāng)SS2站的開關(guān)R3與SS3站的開關(guān)R4之間的環(huán)網(wǎng)電纜F1點(diǎn)故障時(shí)，正常情況下，開關(guān)R3與開關(guān)R4上的光纖縱差保護(hù)裝置0 s 啟動(dòng)跳閘；如果光纖縱差保護(hù)裝置故障，開關(guān)R4的后加速過電流后備保護(hù)裝置延時(shí)0.6 s 啟動(dòng)跳閘；如果開關(guān)R4拒動(dòng)，則通過拒動(dòng)保護(hù)裝置啟動(dòng)上一級進(jìn)線開關(guān)R5。

此時(shí)，如果由于某種原因，導(dǎo)致光纖縱差保護(hù)裝置故障，且又沒有啟動(dòng)后加速過電流保護(hù)裝置，環(huán)網(wǎng)開關(guān)上配置的過電流保護(hù)裝置延時(shí)0.9 s 啟動(dòng)跳閘，則跳閘失去選擇性，該情況已經(jīng)是多重故障，實(shí)際運(yùn)營中發(fā)生的概率極低，可以沒有選擇性。其他任何區(qū)間，環(huán)網(wǎng)電纜上的故障分析與之相同。

2.2 母線故障

由于后加速過電流保護(hù)裝置是通過光纖縱差保護(hù)裝置故障退出時(shí)觸發(fā)的，因此，在母線故障時(shí)，后加速過電流保護(hù)裝置失去作用，只能通過環(huán)網(wǎng)開關(guān)上配置的過電流保護(hù)裝置延時(shí)0.9 s 啟動(dòng)跳閘，跳閘失去選擇性，不能滿足繼電保護(hù)裝置的選擇性要求。對此，筆者考慮通過饋線、母聯(lián)分段和出線電流保護(hù)啟動(dòng)閉鎖進(jìn)線電流保護(hù)的方法，實(shí)現(xiàn)母線故障的選擇性和速動(dòng)性。

通過對圖1 分析可知，當(dāng)SS2站的母線F2點(diǎn)故障時(shí)，出線開關(guān)R2無過流，進(jìn)線開關(guān)R3有過流，母聯(lián)分段開關(guān)無過流（因母聯(lián)分段開關(guān)正常情況下是分?jǐn)嗟模?，饋線開關(guān)R1無過流。由此，可以得出母線故障保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯如圖2 所示。

圖2 母線保護(hù)動(dòng)作邏輯圖（一）

由于任何情況下城市軌道交通工程中壓供電環(huán)網(wǎng)都以單環(huán)網(wǎng)、單電源方式運(yùn)行，也就是說在任何運(yùn)行方式下，供電環(huán)網(wǎng)上的每座變電所的任意一段母線上，只能有一個(gè)進(jìn)線，其他均為出線，考慮在主變電所支援越區(qū)供電的情況下，有些變電所進(jìn)出線會(huì)發(fā)生改變，母線故障保護(hù)的動(dòng)作邏輯可以簡化如圖3 所示。

圖3 母線保護(hù)動(dòng)作邏輯圖（二）

當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，通過以上邏輯判斷，延時(shí)0.2 s 后，進(jìn)線開關(guān)過電流保護(hù)裝置啟動(dòng)跳閘。

當(dāng)變電所一個(gè)進(jìn)線電源解列、母聯(lián)分段開關(guān)閉合時(shí)，進(jìn)線電源解列所在的母線發(fā)生故障，此時(shí)，通過邏輯判斷的母線故障保護(hù)裝置將失去作用，而母聯(lián)分段開關(guān)的限時(shí)電流速斷保護(hù)裝置可以起到保護(hù)作用，滿足選擇性的要求。

2.3 饋線電纜故障

如圖1 所示，當(dāng)SS2站的饋線電纜F3點(diǎn)故障時(shí)，正常情況下，由開關(guān)R1的電流速斷、過流或零序電流保護(hù)裝置動(dòng)作，若開關(guān)R1拒動(dòng)，則通過拒動(dòng)保護(hù)裝置啟動(dòng)上一級進(jìn)線開關(guān)R3；若母聯(lián)分段開關(guān)處于合位，則由母聯(lián)分段開關(guān)的限時(shí)電流速斷或零序電流保護(hù)裝置動(dòng)作，滿足選擇性的要求。

3 方案優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)化方案優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）與傳統(tǒng)方案過電流后備保護(hù)的整定原則一致，不改變過電流后備保護(hù)的靈敏性和可靠性。

（2）中壓供電環(huán)網(wǎng)過電流后備保護(hù)的選擇性不再依賴整定時(shí)間的級差，整定時(shí)不需要考慮與上下級變電所整定值的配合問題，只需要考慮變電所內(nèi)部的整定配合。繼電保護(hù)不再受供電分區(qū)內(nèi)變電所數(shù)量的限制，適用于各種分區(qū)供電環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。

（3）多座變電所進(jìn)出線過電流后備保護(hù)的整定時(shí)間可以相同，因而縮短了過電流后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，發(fā)生故障時(shí)可以快速切除故障。

（4）無需整定值切換，一套整定值可以適應(yīng)各種運(yùn)行方式，當(dāng)線路的功率方向發(fā)生改變時(shí)，也不需要調(diào)整整定值。

（5）邏輯判斷簡單，普通廠家的微機(jī)保護(hù)裝置均能實(shí)現(xiàn)，不需要采用特殊的設(shè)備。

（6）設(shè)備之間的邏輯判斷信號在同一個(gè)變電所內(nèi)，可以通過硬線連接，基本上不增加工程投資。

（7）保護(hù)裝置的獨(dú)立性較強(qiáng)，無需相鄰變電所的信號配合；在多重故障情況下，均能切除故障，可靠性高。

（8）原理簡單，可靠性高，調(diào)試、維護(hù)方便。

4 結(jié)語

綜上所述，優(yōu)化方案的接線簡單，可靠性高，保護(hù)裝置的選擇性得到了保障，同時(shí)提高了過電流后備保護(hù)裝置和母線故障保護(hù)裝置的速動(dòng)性，在城市軌道交通工程中有很好的實(shí)用性，值得在國內(nèi)城市軌道交通工程建設(shè)中推廣。

[1] GB 50157-2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

[2] GB/T50062-2008 電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[2] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.杭州地鐵4 號線一期工程初步設(shè)計(jì)文件[R].杭州，2013.

[3] 施耐德.施耐德城市軌道交通供電環(huán)網(wǎng)繼電保護(hù)解決方案[G].杭州，2013.

[4] 黃德勝，張魏.地下鐵道供電[M].北京：中國電力出版社，2009.