張剛

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢430030)

城市軌道交通大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)保護(hù)方案及應(yīng)用

張剛

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢430030)

針對(duì)城市軌道交通大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)，提出一種在不同運(yùn)行狀態(tài)及各種故障情況下均能滿足保護(hù)選擇性、速動(dòng)性和可靠性的完整繼電保護(hù)方案。區(qū)間電纜以線路差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，線路電流比較保護(hù)為第二套主保護(hù)，過流保護(hù)為后備保護(hù);母線上以母線差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，母線電流比較保護(hù)為后備保護(hù)。介紹進(jìn)出線、母聯(lián)、饋線保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)的應(yīng)用，以及備自投功能的實(shí)現(xiàn)方式。分析大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)保護(hù)的配置、原理和邏輯，對(duì)區(qū)間電纜故障、母線故障、饋線故障情況下的動(dòng)作行為，論證該方案對(duì)于故障點(diǎn)電源切除、非故障點(diǎn)電源恢復(fù)的性能。最后，介紹該方案在實(shí)際項(xiàng)目武漢地鐵6號(hào)線上的應(yīng)用。

城市軌道交通;大分區(qū)供電;繼電保護(hù);動(dòng)作分析;可靠性

1 中壓供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨勢及保護(hù)配置

1.1 中壓交流供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨勢

軌道交通供電系統(tǒng)主要包括主變電所、牽引變電所、降壓變電所、混合變電所、跟隨變電所等。一般情況下，主變電所將110 kV電網(wǎng)電壓降為中壓35 kV給沿線各變電所供電［1］。國內(nèi)城市軌道交通的交流中壓供電系統(tǒng)主要有以下3種方式。

1.1.1 分散式供電

早期的軌道交通供電系統(tǒng)采用此種供電方式，如圖1所示，這種供電系統(tǒng)適用于電力系統(tǒng)發(fā)達(dá)且中壓供電電源可靠的城市［2］;但由于與城市電力系統(tǒng)接口多(電源點(diǎn)多)，獨(dú)立性差，運(yùn)營管理相對(duì)復(fù)雜，目前國內(nèi)新建軌道交通項(xiàng)目很少采用分散供電方式［3］。

圖1 分散供電Fig.1 Decentralized power supply

1.1.2 集中式供電:小分區(qū)

與分散式供電系統(tǒng)相比，小分區(qū)集中式供電系統(tǒng)允許主變電站的每回出線為下游三四個(gè)牽引或降壓變電所供電(見圖2)。此種配置方式可以大大減少電源變電站的數(shù)量，但會(huì)極大地增加有色金屬銅的消耗量，并占用隧道空間，適用于較短的軌道交通線路。

圖2 小分區(qū)供電Fig.2 Small- divisions power supply

1.1.3 集中式供電:大分區(qū)

大分區(qū)集中式供電方式，允許每組主變電所出線同時(shí)為超過5個(gè)變電所供電(見圖3)，極大地減少了有色金屬銅的消耗量，并節(jié)約隧道有限空間、方便施工和運(yùn)行維護(hù)管理;但同時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，特別是繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性和速動(dòng)性提出了更高的要求。

圖3 大分區(qū)供電Fig.3 Large divisions power supply

近些年，隨著供電一次設(shè)備產(chǎn)品性能的提高和城市化進(jìn)程的加快，建設(shè)成本低、方便施工和運(yùn)行維護(hù)管理的大分區(qū)軌道交通供電系統(tǒng)逐漸成為一種趨勢。

1.2 中壓交流供電系統(tǒng)保護(hù)配置

對(duì)于分散式及小分區(qū)中壓交流供電系統(tǒng)，保護(hù)配置相對(duì)簡單，與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)保護(hù)配置沒有太大區(qū)別;但對(duì)于大分區(qū)交流供電系統(tǒng)情況則不同，由于受到一次設(shè)備故障耐受時(shí)間的限制，傳統(tǒng)的帶時(shí)間級(jí)差的過流保護(hù)方案無法滿足各種故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求，必須采用創(chuàng)新的保護(hù)解決方案［4］。

對(duì)于35 kV供電系統(tǒng)中的線路和母線，如何配置具有良好選擇性、速動(dòng)性且簡單有效的保護(hù)方案，對(duì)保證供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行、降低供電系統(tǒng)故障造成的影響有極為重要的作用，是軌道交通保護(hù)配置的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)也是近年來軌道交通行業(yè)專家熱議的話題。

2 傳統(tǒng)保護(hù)配置方案及面臨的問題

2.1 主要保護(hù)對(duì)象

軌道交通35 kV變電所采用手拉手供電方式，因此對(duì)于35 kV環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，有區(qū)間電纜和站內(nèi)母線段兩個(gè)主要保護(hù)對(duì)象。

1)區(qū)間電纜。采用線路光纖差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)區(qū)間電纜故障的主保護(hù)，過流保護(hù)為后備保護(hù)。

2)站內(nèi)母線段。這里指廣義上的母線，不僅包含C- GIS(cubicle type gas insulated switchgear)柜內(nèi)封閉母線，還包括PT、避雷器、母線與所有進(jìn)出線柜的連接段，即進(jìn)線CT與所有出線、母聯(lián)及饋線CT中間的整個(gè)區(qū)域。母線保護(hù)通常采用進(jìn)出線的后備電流保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。

2.2 傳統(tǒng)級(jí)差式后備過流保護(hù)的局限性

如果發(fā)生區(qū)間故障，線路差動(dòng)保護(hù)會(huì)快速切除故障。一旦差動(dòng)保護(hù)故障退出，35 kV進(jìn)出線的過流保護(hù)按照預(yù)先分配的時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性動(dòng)作，切除電纜故障。

當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于線路差動(dòng)保護(hù)而言屬于區(qū)外故障，線路差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。進(jìn)出線過流保護(hù)將按照時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性動(dòng)作，切除母線故障(見圖4)。

圖4 進(jìn)出線后備保護(hù)動(dòng)作延時(shí)級(jí)差Fig.4 Backup protection action delay differential for inlet and outlet breaker

大分區(qū)供電系統(tǒng)的每個(gè)分區(qū)變電所數(shù)量都很多，但因配合電網(wǎng)主變電所，給出的出線最大過流保護(hù)延時(shí)通常在1.2～1.6 s。此時(shí)，即使將每個(gè)時(shí)間級(jí)差設(shè)置為0.2 s，分區(qū)內(nèi)變電所的過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間依然無法配合。而且，在線路差動(dòng)保護(hù)裝置故障退出的情況下發(fā)生區(qū)間故障或母線故障時(shí)，如果故障點(diǎn)在近電源點(diǎn)，較長的保護(hù)動(dòng)作延時(shí)對(duì)一次設(shè)備的保護(hù)是非常不利的。另外，當(dāng)一個(gè)主變電所故障退出，由另一個(gè)主變電所通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電時(shí)，所有的動(dòng)作延時(shí)定值需要重新配置。這就要求現(xiàn)場手動(dòng)或通過遠(yuǎn)方遙控切換保護(hù)裝置定值，一旦定值未及時(shí)切換，在發(fā)生故障時(shí)便會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘，停電區(qū)域擴(kuò)大，且影響故障點(diǎn)的查找和處理。

3 大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)保護(hù)方案

為了克服傳統(tǒng)保護(hù)方案的局限，本文介紹了一種適合大分區(qū)中壓供電系統(tǒng)的保護(hù)解決方案，具體內(nèi)容如下。

3.1 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置原則

1)區(qū)間電纜:配置光纖差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，線路電流比較保護(hù)(自帶光纖通道，由進(jìn)出線綜保裝置實(shí)現(xiàn))作為第二套主保護(hù)，電流保護(hù)作為后備保護(hù)。當(dāng)光差保護(hù)因裝置或光纜故障退出時(shí)，該方案仍然具有單元保護(hù)，以加強(qiáng)其可靠性。

2)母線:配置母線差動(dòng)保護(hù)裝置作為母線故障的主保護(hù)，實(shí)現(xiàn)母線故障的瞬時(shí)跳閘;配置母線電流比較保護(hù)(由進(jìn)出線綜保裝置實(shí)現(xiàn))作為母線故障的后備保護(hù)，以保證其可靠性。

3)饋線柜:配置綜合電流保護(hù)裝置作為整流變和動(dòng)力變電流保護(hù)，同時(shí)接收非電量信號(hào)用于跳閘或報(bào)警。

4)母聯(lián)柜:配置綜合電流保護(hù)裝置作為母聯(lián)的過流保護(hù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)母聯(lián)開關(guān)備自投功能。

3.2 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置運(yùn)行原則及原理

3.2.1 線路主保護(hù)

進(jìn)出線柜上的主保護(hù)為光纖差動(dòng)保護(hù)和電流比較保護(hù)。在正常情況下，所有區(qū)間故障均由光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作瞬時(shí)切除或電流比較保護(hù)經(jīng)短延時(shí)切除。線路光纖差動(dòng)保護(hù)具有原理簡單、動(dòng)作可靠和調(diào)試方便等特點(diǎn)，已在國內(nèi)地鐵項(xiàng)目中廣泛使用，成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

線路電流比較保護(hù)實(shí)質(zhì)就是比較線路兩側(cè)的故障電流:一側(cè)有故障電流，另一側(cè)沒有故障電流，即判為線路區(qū)間內(nèi)部故障;兩側(cè)均有故障電流則判為是外部故障。線路兩側(cè)(B站出線和C站進(jìn)線)的故障電流信息通過獨(dú)立的光纖通道傳遞，其跳閘及判別邏輯如圖5所示。

3.2.2 線路后備保護(hù)

進(jìn)出線柜上的后備保護(hù)采用相同時(shí)間延時(shí)的過流保護(hù)，各站之間和進(jìn)出線之間不設(shè)置固定的時(shí)間級(jí)差。另外，再配置一段加速過流段保護(hù)，當(dāng)電流比較保護(hù)光纖通道故障時(shí)，投入該保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)在差動(dòng)故障退出且電流比較保護(hù)光纖中斷的情況下線路保護(hù)的選擇性。跳閘邏輯如圖6所示。

3.2.3 母線主保護(hù)

每段母線配置一臺(tái)獨(dú)立的母差保護(hù)裝置作為母線故障的主保護(hù)，實(shí)現(xiàn)母線故障的瞬時(shí)切除。母線差動(dòng)保護(hù)是單元保護(hù)，具有保護(hù)無死區(qū)、選擇性好、動(dòng)作快速、整定和調(diào)試方便等特點(diǎn)，可以對(duì)地鐵變電所母線起到高可靠性的保護(hù)效果。同時(shí)，基于母線差動(dòng)保護(hù)的速動(dòng)性(動(dòng)作時(shí)間小于一周波)和100%的選擇性，無需考慮與饋線電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的協(xié)調(diào)配合，也不存在來自饋線電流保護(hù)啟動(dòng)閉鎖的繁復(fù)接線問題。

圖5 線路電流比較保護(hù)動(dòng)作邏輯Fig.5 Protection action logic for circuit current comparison

圖6 后備保護(hù)跳閘邏輯Fig.6 Trip logic for backup protection

3.2.4 母線后備保護(hù)

利用進(jìn)線柜中的電流保護(hù)裝置配置母線電流比較保護(hù)功能，作為母線故障的后備保護(hù)。通過光隔接入出線和母聯(lián)的故障電流啟動(dòng)信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部邏輯判定是否為母線故障。母線故障判據(jù)為進(jìn)線、出線和母聯(lián)中只有一個(gè)故障電流且經(jīng)一定的延時(shí)(躲過饋線電流速斷保護(hù)的跳閘時(shí)間)后還存在，即為母線故障。如果判定為母線故障則發(fā)出跳閘命令，通過母線跳閘總線跳開進(jìn)線、出線和母聯(lián)斷路器。母線電流比較保護(hù)判別及跳閘邏輯如圖7所示。

圖7 母線電流比較保護(hù)跳閘邏輯Fig.7 Protection trip logic for bus current comparison

3.2.5 饋線保護(hù)

饋線保護(hù)的電氣量保護(hù)配置包括相過流、相過流速斷、零序過流及過負(fù)荷。

饋線的非電量保護(hù)主要有變壓器超溫跳閘和高溫報(bào)警、變壓器或整流器開門跳閘或報(bào)警、整流器故障跳閘、框架泄露保護(hù)跳閘、直流逆流保護(hù)跳閘等。

3.2.6 母聯(lián)保護(hù)

母聯(lián)設(shè)置一段帶延時(shí)的過流保護(hù)，參照線路過流加速段保護(hù)延時(shí)。

3.2.7 斷路器失靈保護(hù)

由于本保護(hù)方案有別于傳統(tǒng)的時(shí)間級(jí)差保護(hù)方案，沒有多級(jí)遠(yuǎn)后備，在饋線斷路器失靈的情況下會(huì)失去保護(hù)的選擇性，因此有必要配置失靈保護(hù)。

1)饋線斷路器失靈。在饋線保護(hù)中配置失靈保護(hù)元件(電流判據(jù))，經(jīng)200 ms延時(shí)啟動(dòng)母線跳閘總線，實(shí)現(xiàn)上級(jí)斷路器(進(jìn)出線和母聯(lián))聯(lián)跳功能。失靈保護(hù)跳閘邏輯如圖8所示。

圖8 饋線失靈保護(hù)跳閘邏輯Fig.8 Protection trip logic for feeder breaker tripping failure

2)進(jìn)線斷路器失靈(反向供電時(shí)為出線斷路器失靈)。當(dāng)線路故障時(shí)，線路兩側(cè)的差動(dòng)保護(hù)或電流比較保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，跳開進(jìn)線斷路器及上游斷路器，此時(shí)進(jìn)線斷路器即使失靈也不影響故障的切除。

當(dāng)母線故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于進(jìn)出線和母聯(lián)跳閘，進(jìn)線斷路器如果失靈，母線故障無法切除，此時(shí)母線電流比較保護(hù)會(huì)隨后動(dòng)作，并通過母線跳閘總線跳開進(jìn)出線和母聯(lián)，同時(shí)啟動(dòng)進(jìn)出線失靈及母聯(lián)失靈保護(hù)，經(jīng)200 ms延時(shí)后聯(lián)跳上游斷路器，切除故障。進(jìn)出線失靈邏輯如圖9所示。outlet breaker tripping failure- 1

圖9 進(jìn)出線失靈保護(hù)跳閘邏輯1Fig.9 Protection trip logic for inlet and

3)出線斷路器失靈(反向供電時(shí)為進(jìn)線斷路器失靈)。當(dāng)線路故障時(shí)，線路差動(dòng)保護(hù)會(huì)動(dòng)作，同時(shí)跳開出線斷路器及下游斷路器，如果出線斷路器失靈，則故障無法切除，但此時(shí)線路電流比較保護(hù)會(huì)隨后動(dòng)作，重新跳出線斷路器及下游斷路器，同時(shí)啟動(dòng)進(jìn)出線失靈保護(hù)，經(jīng)200 ms延時(shí)后通過母線跳閘總線聯(lián)跳進(jìn)出線和母聯(lián)，切除故障。跳閘邏輯如圖10所示。

圖10 進(jìn)出線失靈保護(hù)跳閘邏輯2Fig.10 Protection trip logic for inlet and outlet breaker tripping failure 2

當(dāng)母線故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于進(jìn)出線和母聯(lián)跳閘，出線斷路器即使失靈也不會(huì)造成影響，因?yàn)殡娫催M(jìn)線已經(jīng)成功跳開，母線故障也已被切除。

4)母聯(lián)斷路器失靈。母聯(lián)斷路器失靈啟動(dòng)兩段母線跳閘總線跳開兩段母線上的所有可能的電源間隔，即進(jìn)線、出線和母聯(lián)。失靈邏輯如圖11所示。

圖11 母聯(lián)失靈保護(hù)跳閘邏輯Fig.11 Protection trip logic for bus coupler breaker Failure

3.2.8 母聯(lián)備自投

針對(duì)地鐵供電的高可靠性要求，必須有完善的備用電源自投功能，在快速和有選擇性地切除故障元件后恢復(fù)非故障元件的供電，維持供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本方案除了采用線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)本所備自投外，也配置了失壓啟動(dòng)備自投方案作為后備，同時(shí)還疊加了上級(jí)所進(jìn)線手動(dòng)分閘和母線差動(dòng)動(dòng)作啟動(dòng)下級(jí)所備自投方案。基本原則為近故障點(diǎn)優(yōu)先啟動(dòng)備自投，備自投的主要邏輯由母聯(lián)柜上的綜合保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

線路差動(dòng)動(dòng)作啟動(dòng)備自投顯然滿足近故障點(diǎn)啟動(dòng)原則，這里不考慮啟動(dòng)延時(shí)。當(dāng)發(fā)生線路區(qū)間故障時(shí)，線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除區(qū)間故障，同時(shí)啟動(dòng)線路受電端變電所的備自投，合上母聯(lián)開關(guān)，快速恢復(fù)系統(tǒng)供電。

當(dāng)上級(jí)所母線差動(dòng)動(dòng)作或人為進(jìn)線分閘(就地或遠(yuǎn)方)時(shí)，線路差動(dòng)啟動(dòng)備自投無法工作，如果由失壓啟動(dòng)備自投動(dòng)作恢復(fù)供電，則動(dòng)作時(shí)間會(huì)很長，特別是靠近分區(qū)末端的變電所。本方案考慮了上級(jí)所進(jìn)線人工分閘或母線差動(dòng)動(dòng)作啟動(dòng)下級(jí)所備自投，較好地解決了這個(gè)問題。

失壓啟動(dòng)備自投，按電源側(cè)到末端站的順序及時(shí)間級(jí)差設(shè)置延時(shí)，能夠滿足選擇性要求，即近故障點(diǎn)優(yōu)先啟動(dòng)備自投。除了線路區(qū)間故障、上級(jí)所母線故障和進(jìn)線人工分閘外，失壓啟動(dòng)備自投可以作為任何其他故障或失電情況下的備自投后備，比如饋線失靈保護(hù)動(dòng)作后的情況，也可以作為線路差動(dòng)啟動(dòng)備自投或者上級(jí)所啟動(dòng)本所備自投的冗余措施。備自投的動(dòng)作邏輯如圖12所示。

圖12 備自投的動(dòng)作邏輯Fig.12 The action logic of BZT

4 不同故障點(diǎn)和運(yùn)行狀態(tài)下保護(hù)動(dòng)作實(shí)例分析

針對(duì)供電系統(tǒng)的3種典型故障(如圖13)，結(jié)合以上的保護(hù)配置方案，得出各種運(yùn)行狀態(tài)下故障切除、供電恢復(fù)的分析結(jié)果，如圖13及表1～3所示。

圖13 各種故障點(diǎn)示意Fig.13 Schematic diagram of various fault points

表1 35 kV區(qū)間電纜故障(K1故障)Tab.1 Cable fault for 35kV power supply Section K1 fault

表2 35 kV母線故障(K2故障)Tab.2 35 kV busbar fault K2 fault

表3 35 kV饋出線故障(K3故障)Tab.3 35 kV feeder fault K3 fault

5 保護(hù)方案在武漢地鐵6號(hào)線的應(yīng)用

本保護(hù)方案已經(jīng)在武漢地鐵6號(hào)線成功應(yīng)用。在實(shí)際調(diào)試中，分別模擬35 kV線路區(qū)間故障、母線故障及饋出線故障，得出保護(hù)裝置在不同狀態(tài)下(正常運(yùn)行、裝置異常或各種斷路器失靈)，其動(dòng)作結(jié)果與分析結(jié)果完全一致。

5.1 保護(hù)配置

武漢地鐵6號(hào)線的保護(hù)配置見圖14。進(jìn)出線主保護(hù)選用施耐德電氣的光纖縱差保護(hù)裝置MiCOM P521，進(jìn)出線后備過流保護(hù)兼測控裝置選用施耐德電氣的MiCOM P143(帶光纖通道);母聯(lián)和饋線也選用MiCOM P143，但是不帶光纖通道，母差保護(hù)裝置選用MiCOM P746。

圖14 35 kV雙環(huán)網(wǎng)保護(hù)配置Fig.14 Protection configuration for 35 kV Double Looped Network substation

MiCOM P521是快速雙端線路差動(dòng)保護(hù)，除具有差動(dòng)保護(hù)功能外，還具有過流、接地保護(hù)，負(fù)序過流保護(hù)，冷負(fù)荷啟動(dòng)，涌流閉鎖，CT斷線，跳閘回路，斷路器監(jiān)視以及邏輯編程等功能，具有完全的選擇性和速動(dòng)性，而且靈敏、可靠。

MiCOM P143作為綜合保護(hù)裝置，提供各種電流、電壓、功率等保護(hù)功能，同時(shí)還具有眾多輔助、控制及測量功能。MiCOM P143具有PSL邏輯編程功能，可以根據(jù)用戶的要求為過流保護(hù)段設(shè)置啟動(dòng)或閉鎖條件，還可以根據(jù)用戶的需要方便地實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化功能，比如母聯(lián)備自投功能。

5.2 各裝置保護(hù)的設(shè)置及其時(shí)限配合

線路差動(dòng)保護(hù)和母線差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)均瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘，沒有時(shí)限的配合問題。對(duì)于進(jìn)出線的后備保護(hù)、饋線保護(hù)和母聯(lián)保護(hù)，為了達(dá)到充分的保護(hù)選擇性，可以按如下考慮設(shè)置時(shí)限。

1)饋線的限時(shí)速斷動(dòng)作時(shí)限考慮為0.1 s;過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.4 s(由于饋線過流保護(hù)的電流門檻非常低，母線電流比較保護(hù)只要考慮和饋線的時(shí)限速斷配合即可)。

2)線路和母線電流比較保護(hù)的時(shí)限考慮為0.3 s。

3)進(jìn)出線加速過流保護(hù)時(shí)限考慮為0.5 s。

4)母聯(lián)過流保護(hù)時(shí)限考慮為0.5 s。

5)進(jìn)出線正常過流保護(hù)考慮時(shí)限為0.9 s(如果不考慮母聯(lián)過流保護(hù)啟動(dòng)失靈，這個(gè)時(shí)限可以為0.7 s)。

6 結(jié)語

通過對(duì)軌道交通沿線變電所配置基于線路光纖差動(dòng)保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)以及線路和母線電流比較保護(hù)的完善保護(hù)方案，大大縮短了發(fā)生區(qū)間故障和母線故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。線路電流比較保護(hù)是在線路差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上疊加了一套強(qiáng)有力的單元保護(hù)，同樣具有100%的選擇性;作為母線差動(dòng)的后備保護(hù)，母線電流比較保護(hù)考慮了和饋線電流速斷的時(shí)間級(jí)差，因此只需要考慮出線和母聯(lián)的故障電流啟動(dòng)信號(hào)的閉鎖，大大減少了接線，保證了供電的可靠性，同時(shí)兼顧了選擇性和速動(dòng)性;完備的失靈方案也保證了供電系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)斷路器失靈而擴(kuò)大故障停電的范圍。

與目前城市軌道交通中壓供電系統(tǒng)保護(hù)方案相比較，本保護(hù)方案在每座變電所只增加了2臺(tái)母線差動(dòng)保護(hù)裝置，而獲得了母線故障保護(hù)的速動(dòng)性(動(dòng)作時(shí)間少于一周波)和完全的選擇性，并實(shí)現(xiàn)了母線故障的雙重保護(hù)，保證了供電的可靠性。綜上所述，本保護(hù)方案及其完善的備自投方案，充分保證了在各種故障情況下保護(hù)跳閘的速動(dòng)性和選擇性，并能快速和有選擇地啟動(dòng)合適的母聯(lián)備自投，最大限度地恢復(fù)非故障點(diǎn)的正常供電。該保護(hù)方案適合所有大小分區(qū)的軌道交通線路，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不受分區(qū)大小的影響，而且該保護(hù)方案在一個(gè)主變電站故障完全退出的情況下也能自適應(yīng)，不需要保護(hù)定值切換。

考慮簡化二次回路接線，方便現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，本方案的某些方面還有優(yōu)化的空間，比如采取進(jìn)出線差動(dòng)動(dòng)作即解除母線電流比較保護(hù)閉鎖，以達(dá)到出線失靈跳進(jìn)線的目的;采取母線電流比較保護(hù)跳進(jìn)線的同時(shí)聯(lián)跳對(duì)側(cè)的方法，以解決進(jìn)線失靈的問題。

隨著技術(shù)的進(jìn)步及地鐵運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，在今后的地鐵工程中，可以對(duì)該方案進(jìn)行不斷的優(yōu)化，以提高供電系統(tǒng)的可靠性。

［1］于松偉.城市軌道交通供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)研究［C］//城市軌道交通首屆中青年專家論壇論文集，北京:兵器工業(yè)出版社，2002.

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Henri Hwang，Yi- fan Kuo.Availability and reliability analysis of MRT station power supply system［J］.Urban rapid rail transit，2016，29(1):63- 68.

［3］于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2008.

YU Songwei，YANG Xingshan，HAN Lianxiang，et al.Design principle and application of power system for urban rail transit［M］.Chengdu:Southwest Jiaotong University Press，2008.

［4］趙勤，王軍平，曹捷.GOOSE全面智能電流選跳在城軌供電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.都市快軌交通，2016，29(3): 98- 102.

ZHAO Qin，WANG Junping，CAO Jie.Application of GOOSE comprehensive intelligent current selective tripping solution in urban rail transit power supply system［J］.Urban rapid rail transit，2016，29(3):98- 102.

(編輯:王艷菊)

Protection Scheme for Big Partition Medium Voltage Power Supply System and Its Field App lication in Urban Rail Transit

ZHANG Gang
(Wuhan Metro Group Co.，Ltd.，Wuhan 430030)

For the big partitionmedium voltage power supply system in urban rail transit，a complete solution of relay and protection is proposed，which can meet the requirements of protection selectivity，speed and reliability under different operation conditions and various fault conditions.For the cable between two substations，the line differential protection is used as the primary main protection，the digital comparison protection of line current acts as the second main protection，and overcurrent protection is a backup protection;for the busbar，the differential protection is themain protection，and the digital comparison protection of busbar current is the backup protection.This paper introduces the application of protection for incom ing and outgoing cable，bus coupler，feeder，and breaker failure，aswell as theway to realize the automatic sw itching function of power supply.Considering the protection configuration，principle and logic，the papermakes an analysis of actions under cable fault，busbar fault and feeder fault，and demonstrates the performance of the scheme for clearing of power supply at fault point，and restoring of power supply at non fault point.At last，this paper introduces the application of this scheme in Wuhan Metro Line 6.

urban rail transit;big partition power supply;relay protection;action analysis;reliability

U231.8

A

1672- 6073(2017)02- 0075- 07

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.015

2016- 04 27

2017 01 04

張剛，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事供電系統(tǒng)建設(shè)方面的研究，zhangg@whrt.gov.cn