城市轨道交通大分区环网中压供电系统保护方案探讨

黄委

（金华市金义东轨道交通有限公司，浙江 金华 321017）

1 各部分的配置原则

（1）区间电缆：建立多套保护机制，主保护采用光纤差动保护方式，第二套主保护为线路电流相位比较式纵联保护，在前述基础上实施电流保护的后备保护措施，形成多层次、全方位的保护体系。

（2）母线：主保护应用母线差动保护装置，以满足母线故障的瞬时跳闸要求，及时切断安全隐患；后备保护应用母线电流相位比较式纵联保护，实现此功能的硬件为进出线综保装置。

（3）馈线柜：该部分的关键因素在于保护整流变电以及动力变电，因此往往会使用综合电流保护装置；值得注意的是，该装置还能发挥接收非电量信号作用，从而在发生故障后快速做出跳闸、报警动作。

（4）母联柜：过流保护采用综合电流保护装置，其还可以提供与母联开关相关的自投功能，以进一步增强安全防护效用。

2 继电保护及安全自动装置运行原则及原理

2.1 对线路展开主保护

进出线柜的主保护采取的是双重措施并行的模式，即光纤差动保护和电流电流相位比较式纵联保护，通过两种方法的综合应用，在区间故障发生后可做出瞬时切除动作或在短延时后快速且精准地切除故障。光纤差动保护成熟可靠、运行简单，是国内城市轨道交通领域应用较为广泛的方法。线路电流相位比较式纵联保护则着重考虑的是位于线路两侧的故障电流，根据两侧的情况作出准确判断，若两侧均存在故障电流视为外部故障，仅有一侧有故障电流时则视为区间内部故障。

2.2 线路后备保护

相同时间延时的过流保护，并为配备相应的辅助方式，通常都会设置一段加速过流段来达到保护效果。当电流相位比较式纵联保护光纤通道出现故障时，为正常应对突发情况，将及时启用该保护措施，以确保线路保护具有选择性。

2.3 母线主保护

根据母线建设情况为各段适配独立的母差保护装置，在此配置方式下形成母线故障的主保护机制，若存在故障则达到瞬时切除、减小不良影响的效果。母线差动保护的核心是单元保护，兼具灵敏、全面、便捷等多重优势。得益于母线差动保护的速动性和100%的选择性，可有效避免馈线电流保护启动闭锁所导致的繁复接线现象，同时，无须考虑与馈线电流保护动作的协调性需求，灵活性突出。

2.4 母线后备保护

以电流保护装置为基础，建立稳定可靠的母线电流相位比较式纵联保护功能，提供备用防护模式，提高在母线出现故障时进行相应处理的速率与效益。一般来说，在得到准确结果后，才能判断是否属于母线故障。详细地说，就是如果进线、出线、母联这三个部位中，只存在其中一个部位发生故障电流且在规定的延时范围值后故障电流还没有消除，则视为母线故障，此时，及时发出跳闸命令，高效完成跳闸动作。

2.5 馈线保护

要实现对馈线的保护，一般来说，要考虑到以下2个主要内容：（1）设置对应的用以保护电气量装备；（2）对非电量进行保护，包含但不限于变压器超温跳闸、直流系统的整流器故障跳闸、框架泄漏保护。

2.6 母联保护

母联保护是指为其配置带有延时功能过流保护。在该方式上，可参考线路过流加速段保护延时的相关步骤，两者基本一致。

2.7 断路器失灵保护

（1）当馈线断路器出现失灵情况时，可为其适当地配备失灵保护单元。此时，应注意的是，如果延时在200ms或以上，则要立即启动母线跳闸总线。

（2）进线断路器失灵。线路发生故障时，预设在线路两侧的保护机制随之做出响应（差动保护或电流相位比较式纵联保护），这具体表现为进线断路器会自动跳开。由此可见，通常情况下，进线断路器失灵并不会影响故障正常切除功能。对于母线来说，若出现故障，则会触发母线差动保护动作，进线断路器失灵时，将由于该装置的异常而导致母线故障难以正常切除，通过母线跳闸总线跳开进出线和母联，经200ms延时后联跳上游断路器，由此达到切除故障的效果。

（3）出线断路器失灵。线路出现故障后，通常都会同时产生差动保护，该响应方式也就意味着这一技能能够使下游断路器与出线断路器实现有效跳开，而在出现断路器失灵的情况时不具备切除故障的条件，启动进出线失灵保护，经过200ms延时后切除故障。母线发生故障时进出线和母联跳闸，此时，做出的是母线差动保护动作。

2.8 母联备自投

就城市轨道交通的供电需求而言，可靠性是重要要求与保障，因此需适配完善的电源自投功能，以便富有针对性对出现的故障元件进行切除；不仅如此，在切除后，城市轨道交通还需能够在尽量短时间内完成对非故障元件供电的恢复工作，从而确保自身能够在实现稳定运行的过程中，一直处于供电系统都十分稳定的状态。对此，可以配置失压启动备自投方案，作为线路差动保护的后备方式，形成多重防护联动机制。

在设计中，一般都会预先考虑以“近故障点优先启动备自投”为原则的方案，其实现方法就是为母联柜上综合保护装置提供配套。在运行过程中，当出现线路区间故障时，这一方案能够有效保证线路差动保护动作的及时性（即方面快速切除区间故障）；与此同时，在线路受电端变电所备自投启动的基础上，母联开关会合上，至此则可以使系统转为正常供电的工作状态。

失压启动备自投，延时的设定主要考虑的是电源侧至末端站的顺序以及时间级差，其具有突出的选择性特征，能够较为灵活地实现近故障点优先启动备自投。失压启动备自投的综合应用效果较好，除了进线人工分闸等基础方面的功能外，还可作为其他故障的备自投后备，例如，在线路差动保护动作后启动备自投。由此可见，失压启动备自投是一种综合防护效果较好的方案。

3 安全保护方案在市域轨道交通工程的应用分析

经前述分析，本文提及的保护方案综合应用效果较好，且已经在城市轨道交通工程中取得应用。从实际应用情况来看，在模拟线路区间故障、馈出线故障以及母线故障时，保护装置均能够正常使用，适应于多种状态，实际动作结果与分析结果相同，由此也验证了该保护方案的可行性。

3.1 保护配置

保护配置方案示意图如图1所示。结合图中内容展开分析，进出线主保护实施的是光纤纵差保护装置MiCOMP521，母差保护装置选用MiCOMP746，母线和馈线均使用的是MiCOMP143，但其独特之处在于不带光纤通道。

图1 双环网保护配置

MiCOMP521的功能丰富，除了基础的差动保护外，还可以提供过流、负序过流保护、跳闸回路、冷负荷启动等一系列的功能，极具选择性和速动性的特征，并且动作的灵敏度较高，稳定可靠。MiCOMP143是一种综合性较强的保护装置，具体包含电流、电压等主保护功能，还可提供相配套的辅助功能以及测量功能。得益于装置的PSL逻辑编程功能，可提高灵活性，即根据特定的要求设定过流保护段的启动或闭锁条件，还可实现母联备自投等具有自动化特色的功能。

3.2 装置保护的时限

（1）无论是线路还是母线电流相位比较式纵联保护，两者的时限均设为0.3s。（2）母联过流保护时限、进出线加速过流保护时限，两者均取0.5s。（3）进出线过流保护时限设为0.9s，但具体根据实际条件而定，例如，在不考虑母联过流保护启动失灵的前提下，可适当缩短时限，例如，以0.7s较为合适。

4 结语

综上所述，城市轨道交通的稳定运行需得到多类基础设施的支持，其中大分区中压供电系统则极具重要性，但系统运行环境复杂，内部组成要素较多，必须加强安全防护，提高大分区中压供电系统的整体运行水平。在本文中，则根据选择性较灵活、速动性较好的基本要求展开保护方案的设计与分析，提出一些基本思路、原则以及具体保护机制，希望可以给同仁提供参考。