电流选跳保护在城市轨道交通供电系统中应用探析

2016-12-08王曼

新教育时代电子杂志(学生版) 2016年32期

关键词：环网过流时限

王曼

(郑州财经技师学院河南郑州 450000)

电流选跳保护在城市轨道交通供电系统中应用探析

王曼

(郑州财经技师学院河南郑州 450000)

电流选跳保护是近年来随着电子通信技术的发展和保护装置成本的降低，在传统的电流保护基础上开发的一种新型速动保护，它能有效避免故障范围被扩大。本文分析传统保护在城市轨道交通“大分区”供电系统条件下的不足、电流选跳保护原理和特点，提出在“大分区”供电系统中采取电流选跳保护的优势。

轨道交通大分区电流选跳保护

电流选跳保护是通过各保护装置之间的信息互换、故障比较和逻辑编程判断，快速定位故障区段，实现有选择性地快速跳闸，隔离故障。近年国内新建的城市轨道交通项目，供电系统大多采用“大分区”环网连接形式，分区内变电所数量多达6～7个，传统的差动保护和过流(零序)后备保护在此系统中存在显现的不足，而电流选跳保护既可以实现和线路差动保护相似的效果，同时也克服了传统定时限过流保护的选择性与速动性之间的矛盾。[1]

一、传统供电系统保护配置

1.传统供电系统保护配置的原理

传统的城市轨道交通供电系统分为110kV/35(33)kV集中供电和10kV分散供电两种方式，以110kV/35kV集中供电方式较为普遍。集中供电方式中通常设置2座或以上主变电所，主变电所通过主变压器将城市电网引入的两路110kV独立电源降压为35kV，再输送到各个车站的变电所。以往的轨道交通项目35kV供电系统大都采用的是“小分区”的接线形式，平均一个供电分区内只含有2～3座车站。近年来，为了降低环网电缆投资和综合造价，设计院在新建轨道交通项目供电系统中，越来越多地采用“大分区”供电方案，分区内变电所数量从2～3座车站增加至5～6座车站及以上。[2]

供电系统传统35kV进/出线保护配置方案：光纤纵联差动保护设为主保护，定时限过流保护、零序过流保护设为后备保护。光纤纵联差动保护动作迅速可靠，但它仅限保护环网电缆，而对开关柜内的短路故障，只能依靠延时较长的定时限过流保护，而且可能造成动作时限相同的几个变电所环网过流保护同时跳闸。[3]

2.传统供电系统保护配置在“大分区”供电方式的不足

以上保护配置方案在“大分区”供电方式中存在较大的缺陷。

(1)定时限过流保护配合级数多

为保证保护的选择性，定时限过流保护动作的时间应逐级配合。而在“大分区”供电系统中，为满足电力系统要求，只能牺牲部分选择性，压缩变电所间配合级数，2～3个变电所过流保护采用同一个动作时间和整定值，这样当环网末端或母线发生短路时，将扩大事故影响范围，造成2～3个变电所同时跳闸。

另外，定时限过流保护的时限配合关系受供电系统运行方式的影响，供电运行方式改变后，需要重新考虑配合关系。

(2)定时限过流保护速动性差

通常故障点距主变电所越近，短路电流越大，跳闸时间应越短越好，但为保证选择性，定时限过流保护配合级数过多，动作时限反而越长。这就存在速动性与选择性的矛盾。

在实际运营中，直插式电压互感器发生过多次短路故障，此类故障相当于母线故障，最终由环网进线开关柜的定时限过电流保护出口动作。但是传统保护动作时间相对较长，导致GIS开关柜严重损坏。

二、电流选跳保护配置在“大分区”供电方式中的应用原理

电流选跳保护实质上仍属过流保护，但有别于传统的过流保护，它可快速判断故障区段，实现有选择性地快速跳闸，达到与差动保护类似的效果。特别适用于“大分区”环网供电系统，并且能对开关柜内部故障和母线故障提供快速保护功能。在光纤通信异常、断路器拒动、保护装置故障等情况下实现后备保护功能，并且后备保护动作时间不需逐级配合。在轨道交通供电系统通常选用环网选跳保护和母线选跳保护两种保护功能，同时2种选跳保护都具有后备保护功能。

1.环网选跳保护应用原理

线路两侧的进/出线设有电流选跳保护功能，运行中电缆两侧的保护装置各自检测本侧是否有过流，通过二者之间的光纤通信电缆，将是否有过流的信号告知对方。电流选跳保护收到对方的信号后在极短时间内进行逻辑判断，根据线路两端是否同时流过故障电流判断出区内或区外范围故障，确定是否跳闸或闭锁跳闸。图1为故障分析示意图。

图1 环网选跳保护故障分析

正常情况下，线路无过流信号，选跳保护功能不动作。如A点发生短路，则1、2点都有过流信号，而3、4点没有，根据选跳逻辑可以判断故障点在2、3点之间，2、3点选跳保护出口跳闸，而1点之前所有检测到过流信号的选跳保护闭锁出口。

2.母线选跳保护应用原理

当母线发生短路故障时，在与母线连接的所有进/出线、馈线只有一路存在短路电流，将这些保护装置通过硬结点的形式，实现各装置的信息共享，经过比较、逻辑判断，确定故障区段而快速跳闸，实现母线保护功能。

3.后备保护应用原理

电流选跳保护在设计中考虑了各种可能对保护不利的异常情况，如通信异常，断路器失灵、保护装置故障等，设置了近后备和多级远后备保护功能。通信异常、断路器失灵、保护装置故障等信息通过硬接点或光纤传至本地后备或上级后备保护，启动近后备或远后备保护。在馈线、进/出线故障时，如果出现断路器拒动情况，将从故障点最近的断路器向电源端逐级前推，直到故障切除。

三、电流选跳保护配置在“大分区”供电方式中的应用优势

电流选跳保护比较的是各种保护信息，如开关量信息、开关闭锁信息、保护联跳信息等，这些信息进行逻辑编程，根据区间线路沿线各开关是否流过故障电流，可以快速判断出故障区段，选择性的切除故障线路；电流选跳保护传输的是数字量，数据不会随时间变化，对保护装置的精度要求也不是特别高；设备经济实用；同时避免了传统过电流保护的风险，提高环网供电的可靠性，提升电流保护的准确性。