地铁供电系统继电保护方案

地铁供电系统继电保护方案

曹惟克

昆明地铁运营有限公司 云南 昆明 650000

摘要：地铁供电系统是地铁运营的基础，其主要由电源系统与输配电系统组成，将电力安全可靠的输送给地铁的用电设备，维持着地铁的正常运营。由于地铁供电系统长期运行，且系统中包含了大量的电气设备，难以避免线路或设备发生故障问题，进而影响到供电系统的正常供电。因此，在地铁供电系统中如何准确应用继电保护十分重要，本文依托于某城市地铁供电系统实例，进行继电保护方案的探究，以此实现继电保护方案的优化，促进继电保护作用的充分发挥。

关键词：地铁供电系统；继电保护；继电保护装置

地铁承担着城市交通运输的重任，其需要安全、可靠、可持续的运营，以为城市居民提供优质的公共交通服务。而地铁供电系统是地铁运营动力的来源，其为地铁的列车、照明、扶梯、空调等提供电力支撑，为了保证供电的可靠性，应对地铁供电系统的继电保护方案进行深入的研究与分析，不断的优化方案，全面提高继电保护的可靠性、灵敏性，为地铁的安全运营提供全力的支持。

1.地铁供电系统中继电保护的功能

1.1继电保护装置

继电保护装置可自动检测供电系统的异常情况，然后选择性的切断线路或是故障设备，并可发出故障警报，保护供电系统设备与线路的安全。该装置主要有三部分组成，一是测量比较部分，采集保护对象的运行参数，与保护对象的标准值进行比较，确定保护对象的工况，然后保护装置做出是否动作的决策；二是逻辑部分，根据测量比较部分获取的运行参数，根据保护对象输出量的逻辑关系，进行故障的判断，输出是否动作指令；三是执行输出部分，该部分接收逻辑部分的指令，并负责指令的执行，像跳闸、发出警报等，实现继电保护的作用。

1.2保护功能

继电保护装置在保护地铁供电系统过程中，主要具备以下功效，①在地铁供电系统发生故障后，继电保护装置测量比较部分检测到系统异常，通过逻辑判断自动发出跳闸信号，立即、有选择性的切除故障设备或线路，防止故障问题扩大化，保护地铁供电系统的运行安全，防止故障设备遭到损坏。②继电保护装置实时检测供电系统设备与线路的运行参数，当发现异常工况时，自动发出警报信息，反映系统可能存在的故障问题，地铁检修维护人员根据提示，进行异常工况排查，避免系统故障的发生。继电保护装置检测到异常工况后允许延时，通常不会迅速动作，维持地铁供电系统持续运行的同时，为异常检修留有一定的时间。③继电保护装置在地铁供电系统中与其他自动装置联用，增强保护的可靠性。在供电系统发生故障后，使用预定的措施，启动备用设备，保证在短时间内实现供电的恢复，极大缩短停电时间。

2.地铁供电系统继电保护方案分析

2.1保护实例

以某城市地铁110kV A站供电系统为例，主变压器（电压等级110／35kV）所辖各段线路参数如表1所示，该变压器负责A站沿线B站、C站、D站、E站的配电变电站供电，B站至E站的配电变压器参数详见表2。

表1 主变压器所辖各段线路参数

表2 主变压器所辖线路变压器参数

2.2电流变化量保护动作分析

该实例采用的是直流牵引供电系统，采取的继电保护方案为纵联差动保护，并与其他保护措施联用，以确保继电保护的可靠性。但是该保护方案在实际的应用中，出现了零序电流保护误动问题，变压器接地电阻过大，难以满足地铁供电系统对于继电保护高可靠性的要求，比较明显的问题是在供电系统发生故障时，一些负荷失电，系统停电面积较大。也就是说该城市地铁的直流牵引供电系统，在接近继电保护时发生短路现象，经继电保护装置检测获取电流变化量，通过比较与逻辑分析进行动作的判断，如果电流变化斜率大于设定值，继电保护装置确定供电系统故障，发出跳闸指令，切断该处的电源，保护供电系统的安全。

2.3变压器继电保护分析

A站采用的主变压器型号是110／35kV，在对其进行继电保护时，应注重变压器各种保护方法的联合运用，像过电流保护、瓦斯保护、零序电流保护等，保护要符合继电保护对于选择性、速动性、灵敏性、可靠性等的要求。由于A站主变压器本身的容量，难以完全满足其管辖的B站、C站、D站、E站对于主变压器的容量需要，以纵联差动保护为主的保护方案，保护效果不是十分理想，建议针对主变压器使用其他保护措施，一是采取电流速断保护，其他保护措施为补充，继电保护装置动作电流（Id1）计算方法如下：Id1=（Kk×Id2）/（Tr×n），其中Kk为可靠系数，Tr动力变比，流互变比是n；二是零序过电流保护，动作电流的整定公式为：Id1=（Ieb×50%）/n，其中Ieb为额定电流，使用该值的50%以提高保护的灵敏度；三是反时限过电流保护方案，计算公式Ip=（Kk×Kgf×Igb）/（Kf×n），Kgf为过负荷系数，Kf为返回系数，Ip为反时限保护启动电流，采用该保护的整定方法，通过公式计算构建出精准的反时限类型曲线，以保证继电保护的灵敏性与可靠性。

2.4继电保护方案优化措施

通过对该城市地铁A站直流牵引供电系统继电保护分析，明确了电流变化量保护动作的特点与主变压器保护的需要，制定了如下优化方案。首先，基于地铁对于供电系统的高要求，为了保证区域供电的持续性，系统采用过电流保护时，需严格控制保护延时时间，建议A站、B站、C站、D站、E站相邻两站之间的变压器继电保护互为备用，进行变电站接线的调整；其次，地铁供电系统继电保护需完全满足地铁安全、可靠运行对于供电的需要，接地保护建议使用分相电流差动保护，其他电流保护为补充，提高保护的灵敏性与可靠性；再次，地铁供电系统主体使用纵联差动保护，补充保护选用过电流保护，两种保护机制相互配合，避免主保护失效引起停电范围的扩大化；最后，供电系统负载着地铁的空调系统、供排水系统、照明系统、列车，以及系统本身的电气设备等，A站至E站之间的负载压力过大，建议采取低电压连锁过电流保护，保证整体供电系统电压的稳定性，充分发挥继电保护装置的保护效用，保证地铁的安全、有序运营。

结语：地铁供电系统的主变压器管辖一定范围内的多个配电变电站，其容量需满足管辖范围内地铁运营供电的需求，并且还要为自身所在位置的站点安全供电。所以本文以主变压器继电保护方案进行了论述，提出了优化继电保护方案的对策，整个供电系统采用纵联差动保护与过电流保护相互配合方案，所有站点采用低电压连锁过电流保护补充，从而提高继电保护的效果，确保地铁供电的安全可靠。

参考文献：

[1]王志飞.石家庄地铁直流牵引供电系统继电保护[J].科技风,2020,(10):1.

[2]苏堤.沈阳地铁2号线北延线牵引供电系统继电保护与定值整定[J].电气化铁道,2020,31(3):4.