试论地铁供电系统中二次保护方案的设计与应用

关晓冬

（哈尔滨电气集团阿城继电器有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 50300）

在目前社会发展中，地铁建设已成为交通运输行业的核心所在，也是解决现有交通问题的首选方法。地铁在应用的过程中已成为建设工作的重点，更是以节省资源、节约能源为主的一种综合性工作模式，其对于社会生产力和国民经济的发展有着至关重要的作用与意义。就当前社会发展分析，地铁已成为城市现代化建设的主要象征，其存在也折射出一个城市的文化底蕴和现代化建设进程。目前，我国各大城市都已经出现了地铁的身影，如同精灵一样穿梭在城市地下的各个角落，为人们工作和生产带来了便捷的发展优势。但是，在目前的地铁设计工作中，也存在着极为关键的问题，即供电系统设计方式。一个良好、高效的供电系统对于保证地铁运行效率至关重要，同时对于促进地铁事业的发展也有着举足轻重的作用。

1 地铁概述

1.1 地铁概念

地铁也被人们统称为地下铁道，是一种地下铁路运输形式。目前我们常说的地铁主要指的是以地下运行为主的铁路运输系统或者捷运系统。一般来说，地铁工程项目中，由于其是一种处于地下的工程模式，因此其这一特性的存在就决定了其在建设工作中是一个复杂而又投资极大的工作模式。地铁中间的隧道建设中是一种规模相对简单的工作模式，这就造成了在设计工作中，工作人员将设计重点和工作目标主要置放在车站的设计中。对于这种工程设计控制，其首先的解决措施与应对策略就是在工作中，对于大客流集散点是按照多层式来进行设计的，一般来说，在设计中车站是一种单层式的模式，这就要求在设计的过程中严格的控制车站各方面设备与用房面积的管理，从而使得车站的空间布置更加合理、更加紧凑。

1.2 地铁供电系统

供电系统是地铁工作中的重要组成部分之一，其在工作中一般都可以将其分为以下几部分：首先是有外部电源；主变电所等设备构成的，其次是利用各种系统原理和工作方案构成的一种综合性管理模式，其也是整个供电系统中的关键部分，最后是监控系统，监控系统在目前的地铁工作中发挥着至关重要的作用与优势，也是整个工程施工的核心问题。

地铁供电系统作为地铁工作的动力之源，是负责列车行驶和动力照明的关键所在。对于一个系统的运行情况而言，其在工作的过程中是利用电源系统来综合的进行控制和管理，针对其在工作中存在的各种问题都进行全面系统的分析。一个高效、科学的供电系统不仅能够有效的保证地铁运行的安全、可靠和稳定，还要保证地铁工作的经济和节能要求。地铁作为一种运量大、密度高的交通工具，其在运行的过程中对于安全的要求也较高，因此在工作中实施全面、系统的管理和优化措施就显得十分重要，这对于促进地铁事业的发展有着极为关键的作用与意义。

2 供电系统保护的实例应用

2.1 35kV供电系统继电保护的设计方案

35kV系统继电保护配置方案：某地铁供电系统采用的是集中供电方式，两级电压制，交流供电系统采用35kV等级电压供电，环网接线，开环运行。35kV供电系统中性点采用小电阻接地方式。35kV系统设置继电保护与自动装置的配置方案如下：(1)35kV进、出线电缆(线路光纤差动保护、过流保护、零序电流保护)。(2)35kV母联(限时电流速断保护、零序电流保护)。(3)35kV母联备自投（自动装置）

2.2 保护原理分析

2.2.1 线路光纤差动保护。纵联差动保护的动作原理是计算被保护区内线路流入流出电流之差，当电流超过门槛值时，保护动作，切除故障。差动算法经过长期的检验，可保证对区内故障进行快速检测，对区外故障保持稳定。对于区外穿越性故障采用比例制动技术，避免保护的误动作。同时，光纤纵差保护使用的数字通信系统，在两端可以通过光纤直连、MODEM连接或通过多路复用系统连接，保障了抗干扰性能，在提高了保护的灵敏性的同时，保证了准确性。基于保护比较线路两端电流的大小和相位来实现。因此，需在线路两侧侧装设电流互感器，电流互感器的CT变比需尽量保持一致，在无法保证一致的情况下，需进行变比补偿。补偿电流值应尽可能地接近继电器的额定电流值，从而提供最优继电器灵敏性。线路两侧电流互感器之间的线路为纵差保护的保护区。

一般来讲，计算线路两端的差动电流，必须保证从线路两端得到的电流采样值是同步的。可以通过采样时间同步实现。或者通过连续计算线路两端的传播实现。现行地铁运行继电保护大多采用后者。

2.22 过流保护与限时电流速断保护。电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大。利用这一特点，可构成电流保护。对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长；为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包括本线路的全部和相邻线路的一部分。其时限比相邻线路的速断保护大△t。过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均丈至少一个△t。

2.3 35kV母联备自投（自动装置）

地铁运行变电所采用单母分段运行方式，正常情况下母联断路器为断开状态，当两段母线中任一段失电后，投入母联断路器，保证正常运营。备自投工作须受远方集控中心控制，根据实际运行方式进行投退。

3 35kV设备的选型

地铁35kV设备采用的多是ABB及施耐德的产品，主要型号为SM6及KYN28等。主要参数及结构相差不大。柜体均采用三相共箱的柜式结构，额定电压达40.5kV，额定电流可达500A，额定短路开断电流31.5kA。开关柜由5个独立的隔室组成，分别是母线室、断路器室、电缆宅和控制小室及泄压通道，其中母线室和断路器室是独立的充以SF6气体的密闭气室。

4 其它设备

地铁变电所一般含有以下设备：整流变压器、动力变压器、牵引变圧器。根据运行方式采用不同的保护配置。同时，每个变电所均有自己独立的直流供电系统。

结语

本文结合常规地铁供电中的35kV系统的保护设计方案，对35kV设备继电保护的原理特性进行分析，其目的是在35kV设备选型过程中，确保采用的二次保护方案符合地铁系统的供电特点，起到应有的电气保护功能。同时所选用的微机保护配置方案，更合理和简洁高效。为新线建设提供合理化的建议，节省空间和运营成本。

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