地铁供电系统继电保护策略探析薛新权

地铁供电系统继电保护策略探析薛新权

薛新权

（中国铁建电气化局集团第五工程有限公司610091）

摘要：地铁供电系统继电保护需要根据整个系统变电站设计、容量情况、用电情况、应急恢复能力要求等进行继电保护策略的制定，保证整个系统能够实现运行风险最低，恢复能力较强，减少事故发生率。本文对地铁供电系统继电保护策略制定进行了详细介绍，除了常规的保护模式之外，还应用联合储能模式和RTOS技术提高控制的智能化水平。

关键词：供电系统；继电保护；RTOS技术

引言

地铁已经成为新时期的一种交通工具，能够在一定程度上环节城市交通压力，其供电系统安全性如何将会直接影响地铁运行情况，因此，需要注重继电保护方案的设计，使其能够具有应对突发状况的能力，并且快速进行电路运行的恢复，所以，在具体设计过程中，需要在原有应用方案设计的基础之上进行创新，体现针对性、实用性和高效性。

1.地铁供电系统继电保护要点分析

地铁供电系统具有其自身的特性，在进行继电保护工作开展过程中，需要结合其实际情况进行继电保护策略制定，下面对地铁供电系统继电保护要点详细介绍。

（1）继电保护装置有效性的控制

地铁供电系统在设计过程中会存在多个变电站，每个变电站都会存在各自的工作环境和服务特点，在故障诱发因素和保障方案方面具有相似性，且变电站之间的距离相对较短，通常情况下，每段供电线路距离都控制在3.0公里以内，这样一来，当故障发生时，继电保护装置会受到干扰，灵活性降低，致使一般继电保护装置会失去作用[1]，因此，需要在保护方案制定时进行装置的优化设计。

（2）变压器容量的合理设置

主变压器容量需要满足用电高峰期的符合要求，保证供电安全，并且还要保证能够实现供电过程中，变压器之间的相互配合，有效应对供电故障。例如，当其中某一个主变电站发生故障时，其他的主变电站能够承受全线的用电负荷，这样才能保证供电安全。因此，需要在设计时考虑这一问题，对于主变压器的容量进行适当增加，为了体现节约成本的特点，在变压器容量增加设计的过程中，应该根据整个线路的主变电站发生事故概率、修复时间、线路用电需求等进行统一分析，然后适当进行扩容[2]。

（3）保护装置的选择

在考虑日常维管、相互之间干扰性等因素的情况下，地铁主变压器接法为三角形或星形，这种连接模式会对故障发生时的供电平衡产生影响，使供电系统平衡性失调，正常工作状态遭到破坏，因此，需要使用保护装置对以上情况进行处理。

（4）继电保护的智能化

安全可靠供电属于地铁供电系统继电保护工作的主要目标，一旦因供电问题引发地铁停运、运行中断等事件，不但会造成乘客恐慌，引发安全事故，还会影响城市交通状况，因此，需要对供电系统的运行状态、故障修复能力等进行智能化水平的提升，使其快速反应，有效处理。在这一环节，可以引入RTOS系统，提高管控的智能化水平。

2.地铁供电系统继电保护策略

（1）供电系统线路保护策略

在这一环节，需要根据短路发生的原因和产生的具体结果，选择适当的保护方式。当供电系统出现相间短路事件时，需要对电流及时进行控制，以免造成其它安全事故。这时，可以选择电流速断保护或者是过电流保护的方法。如果在某一供电环境下，需要对降低事故电流切断反应时间要求较为宽松，则可以使用无时限速断保护方案。如果无时限速断保护在选择性动作方面难以满足要求，则可以使用有时限速断保护模式。除此以外，为了增强保护效果，还可以使用线路纵连保护作为主保护系统，弥补速断保护和过流保护的不足之处。对于接地短路情况，采用零序电流保护作为后备保护动作较为常见，具体应用过程中，需要在接地系统中合理设计中性点设置，优化接地处理方式，保证短路事件发生后，继电保护系统快速启动[3]。

（2）牵引供电系统保护策略

牵引供电系统是整个地铁供电系统的重要组成部分，也是继电保护的重要对象。相关的继电保护内容包括两方面，其一，牵引整流机组保护，其二，直流牵引保护。对于牵引整流机组，需要准确进行短路情判定，然后基于此选择保护方法，当发生一次侧短路时，可以采取速断保护模式，发生二次侧短路和直流母线短路时，需使用过流保护。除此以外，对于整流器、变压器会因事故或者是使用时间较长，从而产生较大的热量，温度上升，需要设置超温保护，整流器硅元件保护设计时，需要能够与整流器形式相协调。对于直流牵引保护，可以从直流进线保护和直流馈线保护两方面开展继电保护工作，其中，直流进线保护需要形成保护连跳的模式，在故障信号刺激下，各种保护方式连锁反应。而直流馈线保护设计，包括大电流脱扣保护、增量保护以及电流变化率保护、重合闸保护等等。

（3）变压器保护

变压器故障主要包括接地故障、短路故障、绕组匝间短路、相间短路等等，严重者会发生爆炸，基于此，实际保护方案制定如下：其一，加强对变压器运行状态的监管，使用PLC等智能化系统检测其工作电压、电流等，然后设置报警装置，做到及时发现问题及时解决问题。其二，保护措施可以采取电力变压器保护和直流牵引变压器保护两种模式。其三，设置备用电压器。

3.地铁供电系统继电保护优化设计

在继电保护过程中，为了保证发生事故时供电的安全性，需要对变压器的容量进行合理设计，可以使用混合型储能充放电模式实现这一目标。在整个系统中安装储能装置，使用功率较强的储能介质，控制容量，通过PLC采集系统信息，当系统处于正常运行状态时，储能系统可以正常进行太阳能、风能的储能，并将其转化为系统可用的电能，如果发生事故，系统将会自动进行放电，作为电能供给，这样便可以减少变压器容量增加带来的成本问题。具体操作时，可以选择铅酸蓄电池和全钒液流电池组合的混合储能装置。

（2）使用RTOS系统，增强控制的智能化

RTOS系统属于实时操作系统，能够接受和处理外界的事件和信息，且处理的速度较快，对其进行有效应用，可以增强继电保护的智能化水平。在这一过程中，使用多级中断机制，搜集电路系统的实际运行信息，并对信息进行有效处理，并发布命令。可以设置FTU，当出现故障时，故障点电源侧配电终端会对故障信号及时发现，然后将信息传递至RTOS处理中心，然后由RTOS系统建立多级中断套嵌处理机制，使处理工作能够体现优先级和反应的灵敏性。除此以外，该系统可以实现实时调度，对一些紧急事件及时处理，提高智能化控制能力。

4.结束语

综上所述，本文在研究地铁供电系统继电保护过程中，注重的是在原有的保护方案设计的基础之上进行创新，目的是实现继电保护的快速、有效，并且及时进行事故处理，恢复运行能力，提高整个线路对突发情况的应急能力。再具体操作中，主要对过流保护、速断保护等进行了介绍，并对联合储能装置和RTOS技术进行了设计应用，提高继电保护效果。

参考文献：

[1]肖繁，王紫薇，张哲，etal.基于状态监测的继电保护系统检修策略研究[J].电力系统保护与控制，2018（4）：56-57.

[2]代莹，程秋秋，张庆伟.改进型光纤纵差保护装置在地铁供电系统中的应用[J].城市轨道交通研究，2014，17（2）：12-13.

[3]刘超.地铁供电系统继电保护方案研究[J].科技风，2015（15）：156-156.