地铁大分区供电方式下的保护方案研究

商晓峰

摘要：本文將结合笔者参与的无锡地铁1，2号线的供电系统设计，结合目前主要的继电保护装置，总结出一些关于大分区供电保护方案的经验，并提出一些探索性的建议与看法。

关键词：无锡地铁;供电;方式;可靠性

目前，我国城市轨道交通建设进入高速发展时期。城轨供电系统作为城市轨道交通正常运行的重要保障系统，历来受到各方重视。城轨环网作为城轨供电系统的主动脉，其稳定运行直接关系着城市轨道交通的正常营运。城轨环网建设历经了从小分区到大分区的阶段，无锡地铁1，2号线也采用了大分区供电方式。大分区供电方式相较于小分区供电方式而言，可以减少环网电缆的敷设，一方面减少电缆敷设空间，另一方面可以节省电缆投资，因而在新建线路中受到各方普遍的认可。大分区供电方式下，一路进线在正在情况可以带4～5个变电所，在越区供电时，则可能带多至8～10个所。在这种情况下，传统的过流保护方案，不能很好的满足保护方案的选择性要求。因此，近年来对于大分区供电方式下，新型保护方案的研究日趋受到重视。

1、方案原理

通过分析典型轨道交通供电系统接线方案可以发现：通过检测对比同一段母线上，进出线回路的电流，来确定故障区域。利用该特点，并结合保护装置的闭锁过流逻辑功能，从而实现大分区下过流保护的选择性。其具体实施方案如下所述。

1.1、保护配置方案

环网进线或出线的保护配置如下。

（1）纵差保护装置（GC）：线路纵差保护。

（2）微机测控保护装置（ZB）：过流保护（设置3段），零序过流保护（设置3段）。

馈线配置微机测控保护装置（ZB），设置过流保护，零序过流保护，馈线失灵保护。

结合时限，具体配置如下：

无锡地铁2号线供电系统保护配置实例

假定上级进线电源后备保护时间为1.2s，对于地铁站进出线而言，纵差保护始终开放，微机测控保护装置作为后备保护，设置三段过流保护，时间设置分别为0.4s、0.8s、1.0s。正常情况下，I段、II段过流保护被闭锁，III段保护永久开放。定义闭锁信号：x。当进、出线回路差动未启动且有故障电流时，定义x=1，其余情况x=0。仅当本间隔的保护装置x=1，对侧间隔（同一母线的另一间隔）的保护装置x=0时，方能解锁本间隔保护装置I段过流。

当纵差保护保护装置有一台退出运行时，则开放本间隔微机保护装置II段过流。

1.2保护动作分析

对于35kV供电系统可能出现的故障，本文归结为5个点，分别为区间故障点A，站内母线故障点B，馈线故障点C，母联合闸运行时，站内另一段母线故障点D，区外故障点E。当上述故障点，发生故障时，对保护动作做如下分析：

1.2.1  所有保护装置及光纤通道正常情况下

（1）故障点A，即区间发生电缆故障

3断路器后备保护I段（3#x=1，4#x=0）和III段运行，2断路器后备保护I段（光差远传）和III段运行;正常情况下差动跳0秒开4、5号断路器，2、3后备过流保护I段作为4号断路器失灵后备保护;如果4号断路器失灵，2、3后备过流保护I段同时跳开切除故障。

（2）故障点B，即站内母线发生故障

3断路器后备保护I段（3#x=1，4#x=0）和III段运行，2断路器后备保护I段（光差远传）和III段运行;3、2号断路器过流I段0.4s同时切除故障;如果3号断路器失灵，2也同时跳开切除故障。

（3）故障点C，即馈线发生故障

3断路器后备保护I段（3#x=1，4#x=0）和III段运行，2断路器后备保护I段（光差远传）和III段运行;J断路器0.2s切除故障;如果J断路器失灵，2、3后备过流保护I段同时0.4s跳开切除故障。

（4）故障点D，即母联合闸运行，系统的故障分析

当母联合闸运行的时候，同时判断功率流向为正方向时（即通过母联向下级站供电），动态将过流I段延时抬高至0.6s;母联合闸瞬间开放母联充电保护，经一定延时后退出;3断路器后备保护I段（3#x=1，4#x=0）和III段运行;2断路器后备保护I段（光差远传）和III段运行;3断路器过流I段延时经0.6s切除故障;如果3断路器失灵，2同时跳开切除故障。

（5）故障点E，即外部故障

此时进出线的x=1，由另外站（判断为站内故障的站）的保护装置实现过流I段加速。本站过流I段闭锁。

2、对继电保护装置的要求

采用本文所描述的方案，继电保护装置除具有常规要求的各种功能外，还须满足以下要求。

1）纵差保护装置：具有常规的分相差动保护功能及简单的过流后备功能，具备一定的可編程逻辑能力，能够提供装置故障硬接点输出信号。

2）进或出线微机综合保护测控装置：能够提供定时限过电流、零序过电流保护，且每种保护提供4个以上相互独立的电流元件;每个元件应具有至少3个独立整定值组，以适应不同的运行方式，定值组可通过当地或远方进行切换;每个电流元件均可由外部光隔输入信号启动或闭锁;保护装置应具有不经延时的硬接点输出，且该输出接点可由用户进行定义;保护装置需具有较强的逻辑可编程能力。

3、可靠性分析

该方案的关键点在于装置逻辑闭锁保护功能的可靠性，准确判断进出线x=1或0的情况。从保护装置来看，目前各进口或合资品牌的保护装置均均具备此功能;该方案在其他行业也有应用，运行情况良好;目前已经开通的无锡地铁1、2号线均采用了该方案。

4、结语

综上所述，通过灵活应用微机保护测控装置的逻辑可编程功能及闭锁过流逻辑功能，可以较好地解决大分区供电方式下，保护选择性配合困难的问题，基本不增加系统投资，即将开始建设的无锡地铁3号线供电系统也拟采用本文所述方案。