城市轨道交通低压配电系统保护配合探究

【摘  要】为实现城市轨道交通安全运行和保障地铁车站动力及照明负荷电能供给稳定性，应加强城市轨道交通低压配电系统上下级自动保护装置之间的保护配合效果。本文将针对城市轨道交通低压配电系统保护选择性展开研究分析，首先简要概述城市轨道交通低压配电系统，其次分析影响低压配电系统保护配合的原因，之后阐述低压配电系统中保护配合问题及调整策略。

【关键词】城市轨道交通;低压配电系统;保护配合

引言

在城市轨道交通低压配电系统中，对于某一负荷设备，当其出现短路或过载等故障时，理想情况下应仅该负荷设备的上级自动保护装置动作，低压配电系统中的其余设备不应受到影响。但是，在城市轨道交通低压配电系统的实际运营过程中，会出现某一故障点带动多级自动保护装置同时动作的现象，这往往是上下级自动保护装置选择性配合不当导致。因此，对低压配电系统的上下级配合问题进行研究便十分必要。

1城市轨道交通低压配电系统

就标准地铁车站进行分析，35kV高压降为0.4kV低压交流电，0.4kV开关柜低压母线接引低压配电系统电源，以单母线分段形式供电，并以树干式为辅、放射式为主，给低压配电系统中的一、二、三级负荷供电。同时设置母联断路器，在正常工作时，母联断路器始终保持断开的形态，在有一路进线电源出现失电情况后，母联就会自动投入，防止因其中一路电源故障导致车站一半负荷失电。

2影响低压配电系统保护配合的原因

2.1涉及专业多、接口多

低压配电系统在电源供给中起到“承上启下”的作用。往上，对接35kV高压，涉及配电变压器高压侧开关整定选择;居中，对接综合监控系统设备、通信系统设备、信号系统设备、火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备等几十个专业负荷系统设备，涉及0.4kV开关柜馈出端开关设备整定选择;往下，每一配电箱到每一回路用电设备末端，如灯具、插座、水泵等，涉及各开关设备的整定。在进行各级开关设备的整定值设定时，各系统专业对电源供给能力及电压稳定性都有不同的要求，协调工作多，工作面广，给开关设备的整定带来很大困难。

2.2经济性与配电级数相制约

一般来说，配电保护级数越多，配电系统上级受影响到可能性越小，系统也就越稳定。但是，保护配合级数过多，势必加大最上端开关整定值，造成经济性降低。就城市轨道低压配电系统而言，涉及的开关设备数量多，部分系统、配电箱分支回路多，出于工程造价的限制，部分回路上下级保护配电选择性不明显，即上下级开关磁脱扣电流整定值比偏小。这也是发生故障时，开关误动作的主要原因之一。

3保护配合问题及调整策略

保护选择主要由延时选择性与自然选择性组成，延时选择性为使用短路延时或区域性选择联锁方式，以开关动作时间的设定实现选择性。即上级开关启动时间应大于下级开关分分闸时间。自然选择性由电流整定值极差实现，在设计过程中主要参考开关设备厂家的开关实验结果，通过开关设备型号跨级选取实现选择性。

3.1高压侧与0.4kV进线断路器的保护配合

0.4kV进线短延时过流保护动作时间应小于高压侧定时限过流保护动作时间。否则，发生线路故障时，高压侧开关将先于低压侧开关动作。针对标准车站，高压侧定时限过流保护动作时间一般宜大于0.4s。同时，要注意高压侧三相反时限过电流保护整定设置，应参考高压侧三相反时限动作特性曲线资料，调整0.4kV进线开关长延时参数，宜使0.4kV进线开关长延时动作曲线略低于高压侧三相反时限曲线，避免出现0.4kV进线开关先于高压侧三相反时限过电流保护动作的情况。最后，应选取合适的同时系数与需要系数，对0.4kV进线开关短延时电流整定值进行合理设置，避免出现0.4kV进线开关短延时电流整定值设置偏高导致高压侧断路器过电流保护整定值跟着偏高，使得电流保护的灵敏度降低，变压器运行效率下降，参考南方城市轨道交通运营情况，在低压配电系统0.4kV进线开关短延时电流整定值计算时，同时系数可在0.65～0.75中参考选取，需要系数可在0.35～1.0中参考选取。

3.2低压开关柜各保护元件之间的配合

0.4kV低压开关柜主要的保护配合元件为0.4kV进线开关、母联断路器以及低压柜馈线开关。其保护配合选择性主要靠各个延时选择性与自然选择性开关设备的设置实现。就标准地铁车站，0.4kV进线断路器短延时整定值宜参考设置为0.4s，母联断路器短延时整定值宜参考设置为0.3s，0.4kV馈线断路器短延时整定值宜参考设置为0.2s以内。核心原则是上级延时选择性开关晚于下级开关动作。同时，在低压系统运行过程中，为了避免出现母联误投现象，母联断路器的脱扣整定电流应采用现场可调型，并有宽阔的电流和时间调节范围。因此，在各元件开关型号的选择中，出于功能性与经济性考虑，对进线断路器与母联断路器，一般选择框架式。对0.4kV馈线断路器，一般选择塑壳式，其中个别计算电流值较小的馈线回路，0.4kV馈线断路器也可参考选取微断式。

3.3低压柜馈线断路器与下级设备开关的保护配合

0.4kV低压柜馈线断路器馈出至下级开关设备的情况主要可以分为两类，一类由0.4kV低压开关柜→环控柜→各类环控设备。另一类是由0.4kV低压开关柜→各系统专业设备配电箱。在上述各级保护装置的配合过程中，主要可以分为延时选择性开关与延时选择性开关配合，延时选择性开关与自然选择性开关配合，自然选择性开关与自然选择性开关配合这三类。前两类配合通过时间延时整定的设置，能较容易实现上下級配合的选择性。第三类自然选择性开关与自然选择性开关配合模式，在低压系统配电网络中占比最大，也是最难控制的一部分。上下级断路器壳体电流比过大，满足了极差却不符合经济性要求。电流比过小，满足了经济性却易造成上下级开关误跳。针对这种情况，可以参考下述方法展开设计：一般微型断路器级差大于1.6，同时电流低于选择性限值时，即可保证选择性。一旦短路电流超过选择限值，则进线开关应改用塑壳断路器。也可用负荷开关做进线开关，或开展短路延时保护，将上下级开关磁脱扣电流整定值比控制在1.6左右。

结语

为实现城市轨道交通低压配电系统各级保护配合和运行的稳定性，延时选择性和自然选择性开关设备均应体现相应的级差。对于配电级数设置，级数设置过多会对工程投资造成浪费，同时最上级开关设备整定值也会过大，保护灵敏度降低，因此可以考虑在设计配电箱等末端用电设备时，用负荷开关作为进线开关，以此减少配电级数，不仅使保护配合选择难度降低，还实现了工程设计的经济性。

参考文献：

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[4]李馨.城市轨道交通低压配电系统保护选择性浅谈[J].工程技术，2017（03）：60-60.

作者简介：

孙伟鹏（1992.4-），男，汉族，广西南宁人，在职研究生学历，硕士学位，中铁第六勘察设计院集团有限公司，研究方向：低压配电。

（作者单位：中铁第六勘察设计院集团有限公司）