地铁供电系统继电保护初探

王学振

摘要：近年来随着人均消费能力的不断提升使得大多数的人都成为有车一族，购车为自己的出行提供了极大的便利，但是人人有车的情况使得城市交通更为拥挤，特别是在早高峰期和晚高峰期的时候，水泄不通，极大程度上延长了人们的出行时间，在经济水平相对发达的城市，拥挤情况更为严重。许多人为了自己上学或者上班不迟到，反而会采用地铁出行的方式，但是因为人流量相对密集，因此地铁发车时间的间隔在不断地减小，在一定程度上增加了地铁运行的压力。现今大多数地铁站都是高负荷运作的状态，高负荷的运作状态对地铁的供电系统提出了更高的要求，所以地铁供电系统继电保护尤为关键。本文深入研究地铁供电系统继电保护，从地铁供电系统继电保护基本原理入手，首先阐述交流中压系统继电保护，随后叙述直流牵引系统继电保护，以期为相关研究学者提供借鉴和参考。

关键词：地铁;供电系统;继电保护

中图分类号：TP271+.83        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）25-0288-02

现今地铁站的供电系统大多为牵引供电系统，牵引供电系统是由多个电气设备以及传输线路组成的供电系统，并且各个电气设备之间存在密切的联系，还可以相互的影响，如果其中的某个位置出现故障的时候，周围的电气设备也会受到影响，不能正常的运转，对远端设备造成的影响可能是缩短电气设备的使用寿命，因此继电保护尤为重要。有效的继电保护设备能够及时地发现电流的不稳定状态，并且迅速地切除对故障点供电以消除短路电流，从而对其他的电子设备提供有效的保护。地铁站供电系统的继电保护就是对整个供电系统中的每个部位进行有效的保护，当某一个部位发生故障的时候，继电保护装置就会立即启动，并且采取相应的措施做出相应的保护动作，为整个供电系统的正常运营提供有效的保障。

1 地铁供电系统继电保护基本原理

继电保护系统随着供电系统的发展而发展，主要的发展阶段有三个，第一阶段是机电式保护，第二阶段是电子式静态保护，第三阶段是微机保护。从1980年开始，我国就全面进入微机保护阶段，并且微机保护在全国范围内得到了广泛的应用。其中保护系统中的主要运算器也变成了32位机，在最初的时候运算器是8位机或者是16位机，系统中的数字转换器和核心处理器件也变成了数字信号处理器，最初的时候数字转换器和核心处理器件是A/D转换器和压频转换器。这种依托于计算机所创建的继电保护系统就是微机保护系统。微机保护系统主要由两个方面组成，一部分是硬件结构，一部分是软件系统。其中硬件结构主要包括实时数据采集系统、CPU主系统以及开关量I/O系统构成，软件系统主要由接口软件、保护软件、中断程序、继电保护各种算法程序以及其他的辅助功能。软件系统在整个微机保护占据非常重要的地位，不仅要负责测量电压电流的情况，同时还要能够有效地调节和控制各种可控设备，并且要对故障进行详细的记录、处理等等[1]。

我国现今全面进入科技时代，在这种时代背景之下，科学技术得到了突飞猛进的发展，随着科学技术的不断成熟，计算机网络在微机保护中的优势更为明显。计算机网络依托于先进的互联网技术平台，不仅具有广泛覆盖性的特点，同时还能实现实时共享的功能，正是由于这些优势使得继电保护主计算机可以占用并处理信息系统的全面的数据[2]。数字化的计算机在微机保护保护中主要起到的作用就是进行数值和逻辑的计算，目的就是利用计算机对电力系统状态变量进行准确的判定，根据判定结果来判断电力系统当中是否存在故障，为了能够更加准确的判断电力系统当中存在的故障，计算机的系统会通过相应的技术手段对各种状态信息进行采集，采集之后再对状态信息进行数字化的处理，然后将处理之后的状态信息与保护系统当中设定的数值进行比较，通过比较来判断电力系统当中是够存在故障，并且可以判断故障的发生位置以及类型，随后针对故障的情况采取相应的保护措施，从而达到对电力系统进行保护的目的[3]。

2 交流中压系统继电保护

交流中压系统继电保护可以分为交流中压环网继电保护以及牵引变压器继电保护两个方面。

2.1交流中压环网继电保护

现今许多地铁站主变的供电方式是分散式的供电方式，经过主变之后将110kV转变成了10kV，然后供整个供电网络使用。对于这种供电网络所采取的保护措施都是非常基础的供电保护措施，例如电流保护、电压保护等等，这些基本供电保护措施的运作原理非常简单，并且能够达到保护的目的，操作也十分的简便，但是也存在一定的局限性，不能够準确的识别故障的类型和位置，并且保护的范围也十分的有限，所以交流中压系统将距离保护设置为主保护。距离保护的主要原理就是通过短路点到保护设备安装位置的不同来准确地判断故障的位置。因为在距离保护机制当中，输电线路的阻抗和整个线路的长度所形成的关系是正比关系，所以通过对阻抗值大小的判断就能够准确的判断故障的位置。距离保护就是通过对线路电圧以及电流的测量和计算来判断故障是否发生以及故障的发生位置[4]。

2.2牵引变压器继电保护

一般情况下，继电系统中变压器的主要保护方式是瓦斯保护。但是地铁供电系统存在一定的特殊性，为了与地铁地下运行特点相契合，在地铁的供电系统当中往往视同的是干式变压器，干式变压器不能采用瓦斯保护的方式，同时也不能够使用差动保护的方式。对于地铁变压器的保护，一般情况下使用的保护配置是电流速断、过电流保护、过负荷信号以及温度信号。其中电流保护的最大优点在于能够快速地识别出故障的发生，并且立即对发生的故障做出反应，缺点在于对信号的识别能力相对较差，往往不能识别大容量牵引变压器产生的暂态励磁涌流信号而造成误动[5]。在正常的运行过程中，变压器工作过程中产生的励磁电流并不强，会对保护装置产生影响。但是如果变压器绕组在电压过零的时候切入电源，第一个电压周波内的磁通量会导致铁芯出现饱和的情况，并且会持续性的产生无数个周波的励磁涌流，电流保护装置如果不能对这个励磁涌流进行有效的识别会使得断路器频繁的重合闸，导致各种电气设备的使用寿命严重受损，因此有效的识别是今后重点研究的问题。

3 直流牵引系统继电保护

直流牵引系统继电保护可以分为整流器继电保护以及直流馈线继电保护两个方面。

3.1整流器继电保护

地铁供电系统中整流器的主要保护措施就是过流保护。实现过流保护的主要装置就是快速熔断器。如果供电系统发生故障，快速熔断器会快速的切断整流器内部或者外部的短路故障电流，从而达到保护整流器的目的。快速熔断器的最大优点就是体积相对较小，功耗也非常小，容量却非常大。除了能够有效对整流器提供有效的保障，快速熔断器还能够限制电流，如果系统当中出现短路故障，快速熔断器会第一时间发挥作用，对短路电流进行限制，有效的保护系统中的整流器。

3.2直流馈线继电保护

直流馈线继电保护主要包括三个方面，即大电流脱扣保护、di/dt-ΔI保护以及双边联跳保护。其中大电流脱扣保护通过对设定电流的阈值与测量值比较结果的判定来下达保护指令，最大的特点就是能够有效地保护自身拥有的短路装置，并且可以快速地断开断路器，从而减弱故障对整个供电系统所造成损害。di/dt-ΔI保护不仅能够判断电流信号的实时上升率，同时还能计算电流的增量，根据对上升量以及增量的判断来决定是否下达保护指令。双边联跳保护可以有效地解决某一牵引变电所继电保护装置失灵时存在的安全隐患，从而有效的保障变电所跳闸动作的可靠性[7]。

4 结语

随着我国城镇化的不断加快，城市的人口越来越多，城市人口的增长速度要远远快于城市的发展速度，导致城市人口拥挤，特别是经济水平相对发达的地区，人口拥挤对城市的交通造成了巨大的压力，特别是地铁站。高度密集的乘客量远远高出地铁的运载能力，导致地铁站一直处于高负荷运转的状态之中，这种状态对的运载能力提出了更高的要求。大多数的地铁站通过缩短发车时间的方法来减弱高乘客量对地铁站产生的压力，但是发车时间间隔的缩短使得地铁站的供电系统超负荷运作，供电系统长期处于超负荷运作的状态之下，发生故障的概率明显增加，地铁站的供电系统一旦发生故障，整个地铁航线都会瘫痪，如果是交通高峰期，地铁航线瘫痪会对人们的日常生活造成极大的影响，所以地铁供电系统继电保护尤为关键。有效的保护措施使得地铁的供电系统即使在高负荷的状态之下也能够持续性的运行，降低故障的发生概率，为地铁站的运营提供有效的保障。

参考文献：

[1]张恩建.地铁供电系统继电保护方案分析[J].科技经济导刊，2019，07（14）：75-76.

[2]郭若昕.關于地铁供电系统继电保护方案的探讨[J].科技风，2018，09（08）：120-121.

[3]张晨皓.浅谈地铁供电系统继电保护[J].科技风，2018，08（08）：122+124.

[4]孙梓博.地铁供电系统继电保护方案研究[J].城市建设理论研究（电子版），2017，12（22）：13-14.

[5]仵敏敏.地铁供电系统继电保护方案研究[J].城市建设理论研究（电子版），2017，11（01）：28-29.

[6]刘超.地铁供电系统继电保护方案研究[J].科技风，2015，06（15）：24.

[7]闫石.地铁供电系统继电保护整定配合研究[J].科技创新与应用，2013，07（19）：159.

【通联编辑：王力】