王 曼

(鄭州財(cái)經(jīng)技師學(xué)院 河南鄭州 450000)

電流選跳保護(hù)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中應(yīng)用探析

王 曼

(鄭州財(cái)經(jīng)技師學(xué)院 河南鄭州 450000)

電流選跳保護(hù)是近年來隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展和保護(hù)裝置成本的降低，在傳統(tǒng)的電流保護(hù)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型速動保護(hù)，它能有效避免故障范圍被擴(kuò)大。本文分析傳統(tǒng)保護(hù)在城市軌道交通“大分區(qū)”供電系統(tǒng)條件下的不足、電流選跳保護(hù)原理和特點(diǎn)，提出在“大分區(qū)”供電系統(tǒng)中采取電流選跳保護(hù)的優(yōu)勢。

軌道交通 大分區(qū) 電流 選跳保護(hù)

電流選跳保護(hù)是通過各保護(hù)裝置之間的信息互換、故障比較和邏輯編程判斷，快速定位故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)有選擇性地快速跳閘，隔離故障。近年國內(nèi)新建的城市軌道交通項(xiàng)目，供電系統(tǒng)大多采用“大分區(qū)”環(huán)網(wǎng)連接形式，分區(qū)內(nèi)變電所數(shù)量多達(dá)6～7個，傳統(tǒng)的差動保護(hù)和過流(零序)后備保護(hù)在此系統(tǒng)中存在顯現(xiàn)的不足，而電流選跳保護(hù)既可以實(shí)現(xiàn)和線路差動保護(hù)相似的效果，同時也克服了傳統(tǒng)定時限過流保護(hù)的選擇性與速動性之間的矛盾。[1]

一、傳統(tǒng)供電系統(tǒng)保護(hù)配置

1.傳統(tǒng)供電系統(tǒng)保護(hù)配置的原理

傳統(tǒng)的城市軌道交通供電系統(tǒng)分為110kV/35(33)kV集中供電和10kV分散供電兩種方式，以110kV/35kV集中供電方式較為普遍。集中供電方式中通常設(shè)置2座或以上主變電所，主變電所通過主變壓器將城市電網(wǎng)引入的兩路110kV獨(dú)立電源降壓為35kV，再輸送到各個車站的變電所。以往的軌道交通項(xiàng)目35kV供電系統(tǒng)大都采用的是“小分區(qū)”的接線形式，平均一個供電分區(qū)內(nèi)只含有2～3座車站。近年來，為了降低環(huán)網(wǎng)電纜投資和綜合造價，設(shè)計(jì)院在新建軌道交通項(xiàng)目供電系統(tǒng)中，越來越多地采用“大分區(qū)”供電方案，分區(qū)內(nèi)變電所數(shù)量從2～3座車站增加至5～6座車站及以上。[2]

供電系統(tǒng)傳統(tǒng)35kV進(jìn)/出線保護(hù)配置方案：光纖縱聯(lián)差動保護(hù)設(shè)為主保護(hù)，定時限過流保護(hù)、零序過流保護(hù)設(shè)為后備保護(hù)。光纖縱聯(lián)差動保護(hù)動作迅速可靠，但它僅限保護(hù)環(huán)網(wǎng)電纜，而對開關(guān)柜內(nèi)的短路故障，只能依靠延時較長的定時限過流保護(hù)，而且可能造成動作時限相同的幾個變電所環(huán)網(wǎng)過流保護(hù)同時跳閘。[3]

2.傳統(tǒng)供電系統(tǒng)保護(hù)配置在“大分區(qū)”供電方式的不足

以上保護(hù)配置方案在“大分區(qū)”供電方式中存在較大的缺陷。

(1)定時限過流保護(hù)配合級數(shù)多

為保證保護(hù)的選擇性，定時限過流保護(hù)動作的時間應(yīng)逐級配合。而在“大分區(qū)”供電系統(tǒng)中，為滿足電力系統(tǒng)要求，只能犧牲部分選擇性，壓縮變電所間配合級數(shù)，2～3個變電所過流保護(hù)采用同一個動作時間和整定值，這樣當(dāng)環(huán)網(wǎng)末端或母線發(fā)生短路時，將擴(kuò)大事故影響范圍，造成2～3個變電所同時跳閘。

另外，定時限過流保護(hù)的時限配合關(guān)系受供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，供電運(yùn)行方式改變后，需要重新考慮配合關(guān)系。

(2)定時限過流保護(hù)速動性差

通常故障點(diǎn)距主變電所越近，短路電流越大，跳閘時間應(yīng)越短越好，但為保證選擇性，定時限過流保護(hù)配合級數(shù)過多，動作時限反而越長。這就存在速動性與選擇性的矛盾。

在實(shí)際運(yùn)營中，直插式電壓互感器發(fā)生過多次短路故障，此類故障相當(dāng)于母線故障，最終由環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開關(guān)柜的定時限過電流保護(hù)出口動作。但是傳統(tǒng)保護(hù)動作時間相對較長，導(dǎo)致GIS開關(guān)柜嚴(yán)重?fù)p壞。

二、電流選跳保護(hù)配置在“大分區(qū)”供電方式中的應(yīng)用原理

電流選跳保護(hù)實(shí)質(zhì)上仍屬過流保護(hù)，但有別于傳統(tǒng)的過流保護(hù)，它可快速判斷故障區(qū)段，實(shí)現(xiàn)有選擇性地快速跳閘，達(dá)到與差動保護(hù)類似的效果。特別適用于“大分區(qū)”環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，并且能對開關(guān)柜內(nèi)部故障和母線故障提供快速保護(hù)功能。在光纖通信異常、斷路器拒動、保護(hù)裝置故障等情況下實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)功能，并且后備保護(hù)動作時間不需逐級配合。在軌道交通供電系統(tǒng)通常選用環(huán)網(wǎng)選跳保護(hù)和母線選跳保護(hù)兩種保護(hù)功能，同時2種選跳保護(hù)都具有后備保護(hù)功能。

1.環(huán)網(wǎng)選跳保護(hù)應(yīng)用原理

線路兩側(cè)的進(jìn)/出線設(shè)有電流選跳保護(hù)功能，運(yùn)行中電纜兩側(cè)的保護(hù)裝置各自檢測本側(cè)是否有過流，通過二者之間的光纖通信電纜，將是否有過流的信號告知對方。電流選跳保護(hù)收到對方的信號后在極短時間內(nèi)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)線路兩端是否同時流過故障電流判斷出區(qū)內(nèi)或區(qū)外范圍故障，確定是否跳閘或閉鎖跳閘。圖1為故障分析示意圖。

圖1 環(huán)網(wǎng)選跳保護(hù)故障分析

正常情況下，線路無過流信號，選跳保護(hù)功能不動作。如A點(diǎn)發(fā)生短路，則1、2點(diǎn)都有過流信號，而3、4點(diǎn)沒有，根據(jù)選跳邏輯可以判斷故障點(diǎn)在2、3點(diǎn)之間，2、3點(diǎn)選跳保護(hù)出口跳閘，而1點(diǎn)之前所有檢測到過流信號的選跳保護(hù)閉鎖出口。

2.母線選跳保護(hù)應(yīng)用原理

當(dāng)母線發(fā)生短路故障時，在與母線連接的所有進(jìn)/出線、饋線只有一路存在短路電流，將這些保護(hù)裝置通過硬結(jié)點(diǎn)的形式，實(shí)現(xiàn)各裝置的信息共享，經(jīng)過比較、邏輯判斷，確定故障區(qū)段而快速跳閘，實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)功能。

3.后備保護(hù)應(yīng)用原理

電流選跳保護(hù)在設(shè)計(jì)中考慮了各種可能對保護(hù)不利的異常情況，如通信異常，斷路器失靈、保護(hù)裝置故障等，設(shè)置了近后備和多級遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。通信異常、斷路器失靈、保護(hù)裝置故障等信息通過硬接點(diǎn)或光纖傳至本地后備或上級后備保護(hù)，啟動近后備或遠(yuǎn)后備保護(hù)。在饋線、進(jìn)/出線故障時，如果出現(xiàn)斷路器拒動情況，將從故障點(diǎn)最近的斷路器向電源端逐級前推，直到故障切除。

三、電流選跳保護(hù)配置在“大分區(qū)”供電方式中的應(yīng)用優(yōu)勢

電流選跳保護(hù)比較的是各種保護(hù)信息，如開關(guān)量信息、開關(guān)閉鎖信息、保護(hù)聯(lián)跳信息等，這些信息進(jìn)行邏輯編程，根據(jù)區(qū)間線路沿線各開關(guān)是否流過故障電流，可以快速判斷出故障區(qū)段，選擇性的切除故障線路；電流選跳保護(hù)傳輸?shù)氖菙?shù)字量，數(shù)據(jù)不會隨時間變化，對保護(hù)裝置的精度要求也不是特別高；設(shè)備經(jīng)濟(jì)實(shí)用；同時避免了傳統(tǒng)過電流保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高環(huán)網(wǎng)供電的可靠性，提升電流保護(hù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

節(jié)省投資、結(jié)構(gòu)簡單的“大分區(qū)”環(huán)網(wǎng)供電是地鐵供電系統(tǒng)的主流方向，電流選跳保護(hù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于電流選跳保護(hù)接線和邏輯復(fù)雜，需嚴(yán)格審核廠家提供的保護(hù)配置方案。

[1]姚亮《基于GOOSE服務(wù)的電流選跳保護(hù)》.2003

[2]姚剛 張?jiān)?傅寶文《軌道交通供電系統(tǒng)中兩種保護(hù)方案的技術(shù)比較》賽爾電力自動化 2009(85)：71

[3]于松偉 楊興山等 《城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用》成都：西南交通大學(xué)出版社 2008