地铁35kV中压环网和继电保护方案

地铁35kV中压环网和继电保护方案

王波,顾臣,张清伟

青岛地铁运营有限公司 山东青岛 266000

摘要：随着我国城市化进程的加快，新建轨道交通城市越来越多，轨道交通日益成为公共交通的重要方式，供电系统是地铁安全运营的重要基础，而供电系统的中压供电网络是供电系统的基础，中压供电网络的安全稳定有着重要意义。

关键词：35kV中压；环网；继电保护；

引言

35kV地铁中压回路网数字通信电流保护可适应多电平串联供电系统，具有绝对选择性，解决了传统保护电平差协调问题，适应了地铁的实际运行环境，能有效实现供电方式如下它可以在调整电源模式时自动适应正常电源和支撑电源运行模式，无需再调整保护指令，从而为地铁线路供电的快速恢复提供了可靠的保证。此外，数字通信电流保护的好处要求验证保护计划的完整性。如何全面测试和验证新线路压力回路网络数字通信电流保护，护送地铁运行是现场研究该技术应用的关键。

1中压网络构成方案比选

（1）方案一：小分区方案。小分区环网构成方案在上海、广州及南京等地有所应用，其特点是全线供电分区多，每个供电分区仅3～4座车站。该方案将全线共划分为若干个供电分区，在供电分界车站设置环网联络开关。正常运行时，环网联络开关打开，任一主变电所退出运行时，由另一座主变电所支援供电。（2）方案二：大分区方案。大分区环网构成方案近年在宁波、广州、苏州、长沙等地已经推广应用，该方案减少了电缆投资，还减少了环网电缆在区间的敷设回数，有利于区间管线的敷设。该方案的特点是全线供电分区少，每个供电分区的车站数量依据主变电所位置、线路负荷分布等确定。结合主变电所与线路各车站的相对位置关系，大分区方案也分为若干个供电分区，在供电分界的车站设置环网联络开关。当一个主变电所退出运行时，则相邻另一座主变电所支援供电。（3）环网不同分区方案的技术经济比较。上述2种供电系统网络方案的优缺点综合比较如表1所示。随着继电保护技术的发展和中压环网电缆可靠性的提高，方案一、二均能满足系统可靠性、灵活性、兼容性、运营方便性的要求。方案二的电缆相对较少，对土建要求低，工程实施更加方便，且节约投资，是地铁供电系统中压环网接线方式的发展方向，因此推荐采用大分区方案。

表1 环网构成方案优缺点比较

2城市轨道交通牵引供电系统的继电保护配置

2.1直流进线开关柜继电保护配置

框架保护装置设置于每个直流进线开关柜中(牵引变电所)，在架空地线与接触网间发生短路、开关柜壳体发生电流泄漏时，框架保护设置需保证直流开关柜正极迅速跳闸，牵引供电系统设备的安全性能够得到保障，这里的开关柜壳体由地网与串联电流元件分流器连接。基于功能，框架保护可细分为用于退出或报警的电压框架保护、用于跳闸的电流框架保护。围绕电流框架保护进行分析可以发现，直流开关柜外壳需要与电流检测元件(设置于框架保护中)一端连接，变电所内的综合接地网负责与电流检测元件的另一端连接，其中直流开关柜与地网需基于绝缘垫板网保持绝缘。负极需要与电压检测元件(设置于框架保护中)一端连接，直流开关柜外壳与电压检测元件的另一端连接，同时串接低电阻分流测量器于变电所综合接地网与柜体外壳间，此时直接接入综合接地网的电压测量元件认为钢轨对地网电压为电压框架测量电压。

2.2钢轨电位限制器开关柜继电保护配置

对于钢轨上前进的地铁列车，走行轨与车体可靠接触，而由于钢轨与车体均连接直流牵引供电系统负极，如接地故障在接触网出现，升高的负极对地电压将随之出现，停靠车站的地铁列车会导致站台与车体间存在变大的电位差，如超过人体所能耐受电压值的电位差出现，乘客将遭受电击风险，因此，需要在综合接地网与钢轨间设置钢轨电位限制装置，避免地电位过高导致安全事故出现。

3推荐方案

推荐方案仍采用线路差动保护作为主保护，数字通信电流保护作为后备保护，而且数字通信电流保护中还包含着不依赖于网络通信的传统过电流保护。系统中的短路故障，都会按照线路差动保护、数字通信电流保护和过电流保护的顺序依次启动，即使数字通信电流保护出现故障，也不会影响线路差动保护的正确动作。当包含数字通信电流保护的微机综合保护测控单元本身发生故障的时候，数字通信电流保护的逻辑中，将自动启动上一级的远后备保护装置，确保故障的正确切除。在电缆故障、母线故障、断路器失灵及差动保护装置故障时，推荐的保护方案具有以下优点：①电缆故障。线路差动保护为主保护，在30ms内出口跳闸；数字通信电流保护为后备保护，在100ms内出口跳闸；过电流保护和零序电流保护为下一级后备保护，根据设定级差，在0.5s内出口跳闸。②母线设备故障。数字通信电流保护为主保护，在100ms内出口跳闸；过电流保护和零序电流保护为后备保护，根据设定级差，在0.5s内出口跳闸。③断路器失灵。当馈线断路器失灵故障时，数字通信电流保护启动环网上的进线切除故障，在断路器失灵后0.3s内出口；当环网进出线断路器失灵故障时，上一级环网断路器的数字通信电流保护作为远后备保护，在既有过电流保护延迟时间的基础上，再延长一个级差0.3S，出口跳闸。④线路差动保护装置。故障线路差动保护装置的任何故障，都将导致线路差动主保护的退出。数字通信电流保护作为主保护，在电缆故障的情况下，100ms内出口跳闸；而过电流保护则作为后备保护，在设定的延迟时间内跳闸。

4优化设计内容

(1)压力环网数字保护系统包括母线转矩保护、开关等各种保护装置。例如，在一组以太网交换机的影响下，每个设备都有自己的独特作用，可以通过GOOSE接口形成一个变电站网络。(2)GOOSE网络2在同一个变电站内发挥信息共享的作用，在开关位置各内部装置的信息，输出保护等。可以交换，就分员额而言，不需要相互交换信息，根据这一特点，信息必须相互隔开。(3)每台交换机必须具有唯一的VLAN id，并且能够通过相邻的VLAN id配置工作对相邻的子站消息进行高精度识别。(4)部分交换机端口一方面可以实现GOOSE信息交换功能，重点选择保护装置端口，适应相邻级联端口的适当数量。这两种类型是相同的，并且选择中继端口来接收和识别VLAN消息。(5)数字通信电流保护功能由GOOSE网络实现，可以接收起动开关的起动信号，主要由同一条或相邻变压器产生，然后使用装置本身产生的过流起动信号甚至在两者结合后，准确确定。

结束语

综上所述，“差动主保护+数字通信电流保护”相结合的中压环网保护配置方案，不仅风险低，还可以解决传统保护功能上的不足；同时国内和国外已有多家保护厂家能支持该配置方案，在工程实施和技术支持上能得到保障，是中压交流继电保护的最优方案。为更好保证城市轨道交通的安全稳定运行，电压型保护方案的深入应用、故障发生概率的科学控制同样需要得到重点关注。

参考文献

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