摘 要：本文研究了一種基于數(shù)字通信的城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)，對應(yīng)每一個牽引變電站均設(shè)有直流牽引保護(hù)測控裝置、大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器和RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器，建立直流牽引保護(hù)測控裝置之間的通信回路，實(shí)現(xiàn)任意接觸網(wǎng)區(qū)間的兩條饋電線的故障信息交換。

關(guān)鍵詞：雙邊聯(lián)跳；系統(tǒng)；數(shù)字通信

中圖分類號：U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）05-0053-04

Research on Double Jump Protection System for DC Traction Power Supply System of Urban Rail Transit Based on Digital Communication

JIN Hui1，LIAO Quanbao2，LAI Peixin2

（1. Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510080，China；

2.Guangzhou Baiyun Electric Equipment Limited by Share Ltd.，Guangzhou 510080，China）

Abstract：This paper researches two way inner-tripping protection system based on digital communication for urban rail transit DC traction power supply system. Traction substations consist a DC traction protected measuring control device，a two way inner-tripping transition relay and an optical fiber converter of RS485. Traction substations build a communication loop among DC traction protected measuring control devices in order to realize fault information exchange between two feeder lines in any contact network zone.

Keywords：two way inner-tripping；system；digital communications

0 引 言

在城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中，按照《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求，直流牽引饋線應(yīng)設(shè)置雙邊聯(lián)跳保護(hù)，即當(dāng)一個雙邊供電區(qū)段內(nèi)發(fā)生短路時，本區(qū)段兩端饋線斷路器聯(lián)動跳閘。距離故障點(diǎn)較遠(yuǎn)的饋線斷路器流過的短路電流較小，達(dá)到整定的時間較晚或者達(dá)不到整定值。此時，首先到達(dá)整定的斷路器先跳閘，并將聯(lián)跳信號發(fā)送給對端斷路器，對段斷路器收到聯(lián)跳信號后也迅速跳閘，從而切斷故障區(qū)段[1]。

直流牽引雙邊聯(lián)跳保護(hù)是直流保護(hù)中的后備保護(hù)。一旦雙邊聯(lián)跳保護(hù)拒動，就可能給直流牽引系統(tǒng)帶來災(zāi)難性后果；一旦雙邊聯(lián)跳保護(hù)誤動作，雖然可能通過自動重合閘功能盡快恢復(fù)供電，但還是會給直流牽引系統(tǒng)可靠性運(yùn)行帶來隱患[2]。因而基于數(shù)字通信的城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)研究的目的就是為了尋找一種更好的實(shí)現(xiàn)方式，既可提高直流牽引供電系統(tǒng)雙邊聯(lián)跳保護(hù)的可靠性，又可實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)時性。

1 實(shí)現(xiàn)雙邊聯(lián)跳保護(hù)中存在的問題

目前，國內(nèi)各大城市的地鐵直流牽引系統(tǒng)普遍采用多芯控制電纜傳輸電信號的方案實(shí)現(xiàn)雙邊聯(lián)跳保護(hù)，其二次回路構(gòu)造簡單，可靠性高，但也存在以下三個方面的問題：

（1）對二次回路本身可能發(fā)生的故障難以實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)斷線或者接觸不良的情況時，保護(hù)可能誤動或者拒動，并且診斷二次回路故障點(diǎn)的過程較繁瑣；

（2）大、小雙邊切換時需要采用越區(qū)隔離開關(guān)本體的輔助觸點(diǎn)，觸點(diǎn)數(shù)量不夠的情況下要采用中間繼電器擴(kuò)展。當(dāng)中間繼電器出現(xiàn)故障時，不能反映越區(qū)隔開的真實(shí)狀態(tài)，雙邊聯(lián)跳回路無法正確切換，工程中存在安全隱患，在設(shè)計之初應(yīng)該盡量避免；

（3）電信號傳輸過程存在損耗，如果站點(diǎn)相隔得遠(yuǎn)，信號傳輸距離長，要詳細(xì)確認(rèn)聯(lián)跳接收繼電器與聯(lián)跳回路的匹配性，避免聯(lián)跳接收繼電器無法進(jìn)行相應(yīng)的動作。

相對于控制電纜聯(lián)跳方案，基于數(shù)字通信的雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)方案具有一些優(yōu)勢。其中，最大的優(yōu)點(diǎn)在于抗干擾性能好，對各種復(fù)雜的工程環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)性。另外，光纖廣泛應(yīng)用于長距離傳輸信號，適合作為地鐵供電系統(tǒng)中區(qū)間通信的傳輸介質(zhì)。

2 基于數(shù)字通信的雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1中，V1～V6均表示直流電源；CL表示接觸網(wǎng)；CR表示回流回路；CL-1表示第一接觸網(wǎng)區(qū)間；CL-2表示第二接觸網(wǎng)區(qū)間；FC1表示第一饋電線；FC2表示第二饋電線；QF表示饋線斷路器；QS表示饋線隔離開關(guān)；YQS表示越區(qū)隔離開關(guān)；CK1表示第一直流牽引保護(hù)測控裝置；CK2表示第二直流牽引保護(hù)測控裝置；OUT01和IN01表示第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1的聯(lián)跳保護(hù)輸出端和框架泄漏保護(hù)輸入端，OUT02和IN02表示第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2的聯(lián)跳保護(hù)輸出端和框架泄漏保護(hù)輸入端，K1和K2表示框架泄漏保護(hù)裝置；DSL1和DSL2分別表示第一和第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器；DSL1-1和DSL1-2分別表示第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的第一和第二常閉觸點(diǎn)；DSL2-1表示第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的敞開觸點(diǎn)；FC表示光纖接口；RS485表示RS485接口。

2.2 系統(tǒng)特征

上述的越區(qū)隔離開關(guān)設(shè)有與其分合位狀態(tài)同步的輔助觸點(diǎn)。

上述的雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)對應(yīng)每一個牽引變電站均設(shè)有兩個直流牽引保護(hù)測控裝置、兩個大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器和兩個RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。其中，第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器設(shè)有兩個常閉觸點(diǎn)，第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器設(shè)有一個常開觸點(diǎn)。

任意一個上述牽引變電站的兩個直流牽引保護(hù)測控裝置、兩個大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器和兩個RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器均具有如下線路構(gòu)造：第一直流牽引保護(hù)測控裝置的故障檢測回路連接對應(yīng)牽引變電站的第一饋電線、RS485接口通過第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的第一常閉觸點(diǎn)連接第一RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的RS485接口以及聯(lián)跳保護(hù)輸出端通過第一聯(lián)跳動作節(jié)點(diǎn)連接對應(yīng)牽引變電站第一饋電線的饋線斷路器的分合閘控制端，第二直流牽引保護(hù)測控裝置的故障檢測回路連接對應(yīng)牽引變電站的第二饋電線、RS485接口通過第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的第二常閉觸點(diǎn)連接第二RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的RS485接口以及聯(lián)跳保護(hù)輸出端通過第二聯(lián)跳動作節(jié)點(diǎn)連接對應(yīng)牽引變電站第二饋電線的饋線斷路器的分合閘控制端；第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器和第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的線圈并聯(lián)并且該線圈并聯(lián)支路與上述越區(qū)隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)串接在直流電源上，第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器的常開觸點(diǎn)串接在第一RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的RS485接口與第二RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的RS485接口之間。

任意一個上述中間位置牽引變電站均具有如下線路構(gòu)造：該中間位置牽引變電站的第一RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的光纖接口與其前方位置牽引變電站的第二RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的光纖接口通過光纖連接，該中間位置牽引變電站的第二RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的光纖接口與其后方位置牽引變電站的第一RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器的光纖接口通過光纖連接。其中，直流牽引保護(hù)測控裝置的型號為DCR150。

2.3 系統(tǒng)工作原理

在A、B、C站正常運(yùn)行時，B站的越區(qū)隔離開關(guān)YQS及其輔助觸點(diǎn)RT1均處于分位狀態(tài)，A站的第二饋電線FC2和B站的第一饋電線FC1對第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1進(jìn)行雙邊供電，B站的第二饋電線FC2和C站的第一饋電線FC1對第二接觸網(wǎng)區(qū)間CL-2進(jìn)行雙邊供電。此時，A、B、C站的第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL1和第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL2的線圈均由于輔助觸點(diǎn)RT1分位而無電。故而第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL1的兩個常閉觸點(diǎn)DSL1-1、DSL1-2均處于合位狀態(tài)，第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL2的常開觸點(diǎn)DSL2-1則處于分位狀態(tài)，使得此時B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1與A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2處于實(shí)時通信狀態(tài)，B站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2與C站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1處于實(shí)時通信狀態(tài)，從而A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2和B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1均能夠通過直流牽引保護(hù)測控裝置之間可直接互相通信的規(guī)約進(jìn)行兩個站的故障信息交換，以同時獲得A站第二饋電線FC2和B站第一饋電線FC1的故障檢測信息，B站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2和C站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1均能夠通過直流牽引保護(hù)測控裝置之間可直接互相通信的規(guī)約進(jìn)行兩個站的故障信息交換，以同時獲得B站第二饋電線FC2和C站第一饋電線FC1的故障檢測信息。

由此，在A、B、C站正常運(yùn)行的狀態(tài)下，第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1和二接觸網(wǎng)區(qū)間CL-2的雙邊聯(lián)跳保護(hù)能夠得以可靠實(shí)現(xiàn)。舉例來說：當(dāng)?shù)谝唤佑|網(wǎng)區(qū)間CL-1發(fā)生故障事故時，如果A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2和B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1均能檢測到故障信號，則A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2和B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1將分別動作；而當(dāng)?shù)谝唤佑|網(wǎng)區(qū)間CL-1的故障事故發(fā)生點(diǎn)靠近于A站，使得僅A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2檢測到故障信號、但B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1未能檢測到故障信號時，例如A站第二饋電線FC2過流、而B站第一饋電線FC1電流正常，則A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2首先動作；B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1通過RS485轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器形成的通信通道獲得A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2發(fā)出的故障信息后再行動作。其中，上述A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2動作是指其通過第二聯(lián)跳動作節(jié)點(diǎn)斷開第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1對應(yīng)的第二饋電線FC2的饋線斷路器QF，B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1動作是指其通過第一聯(lián)跳動作節(jié)點(diǎn)斷開第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1對應(yīng)的第一饋電線FC1的饋線斷路器QF。

在A、B、C站越區(qū)運(yùn)行時，B站的第一饋電線FC1和第二饋電線FC2退出運(yùn)行，B站的越區(qū)隔離開關(guān)YQS及其輔助觸點(diǎn)RT1均處于合位狀態(tài)，A站的第二饋電線FC2和C站的第一饋電線FC1對第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1和第二接觸網(wǎng)區(qū)間CL-2連成的組合區(qū)間進(jìn)行大雙邊供電。此時，B站的第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL1和第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL2的線圈均由于輔助觸點(diǎn)RT1合位而得電，因而B站的第一大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL1的兩個常閉觸點(diǎn)DSL1-1、DSL1-2均處于分位狀態(tài)，第二大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL2的常開觸點(diǎn)DSL2-1則處于合位狀態(tài)，而A、C站的兩個大雙邊聯(lián)跳轉(zhuǎn)換繼電器DSL1、DSL2的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，使得此時B站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1與A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2的通信回路斷開。B站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2與C站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1的通信回路斷開，而A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2與C站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1則處于實(shí)時通信狀態(tài)。從而A站的第二直流牽引保護(hù)測控裝置CK2和C站的第一直流牽引保護(hù)測控裝置CK1均能夠通過直流牽引保護(hù)測控裝置之間，可直接互相通信的規(guī)約進(jìn)行兩個站的故障信息交換，以同時獲得A站第二饋電線FC2和C站第一饋電線FC1的故障檢測信息。

由此，在A、B、C站越區(qū)運(yùn)行的狀態(tài)下，第一接觸網(wǎng)區(qū)間CL-1和二接觸網(wǎng)區(qū)間CL-2的雙邊聯(lián)跳保護(hù)同樣能夠得以可靠實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)過程與上述正常運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)現(xiàn)過程類似，在此不再贅述。

如圖2所示，系統(tǒng)正常運(yùn)行時，相鄰兩個站的直流牽引保護(hù)測控裝置之間不間斷地交換16位數(shù)據(jù)，包括8個發(fā)送數(shù)據(jù)位TMB1X-TMB8X（X為通道A或B）和8個接收數(shù)據(jù)位RMB1X-RMB8X（X為直流牽引保護(hù)測控裝置的通道A或B）。裝置之間交換的16位數(shù)據(jù)可通過直流牽引保護(hù)測控裝置的邏輯方程編輯功能實(shí)現(xiàn)雙邊聯(lián)跳保護(hù)的各種方案，從而實(shí)現(xiàn)兩個站之間快速、安全、可靠的雙邊聯(lián)跳保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的交換。當(dāng)通信回路出現(xiàn)通信異常時，直流牽引保護(hù)測控裝置會發(fā)出報警信息，提醒值班工作人員進(jìn)行檢修，以防故障發(fā)生時不能正確動作。

對于區(qū)分是否啟動直流牽引保護(hù)測控裝置的線路測試自動重合閘功能，只需通過邏輯方程的編輯，將信號分成不同的數(shù)據(jù)位傳送到相鄰站即可。相關(guān)部分邏輯方程如下所示：

//通道A發(fā)送位1=相關(guān)保護(hù)動作信號（需要啟動線路測試）

TMB1A=49T+76P1+1dI+1didt

//通道A發(fā)送位2=框架泄漏保護(hù)信號（不需要啟動線路測試）

TMB2A=IN01

//聯(lián)跳保護(hù)動作出口=相鄰站保護(hù)動作信號+相鄰站框架泄漏保護(hù)動作信號

OUT01=RMB1A+RMB2A

//啟動線路測試=本站保護(hù)動作信號+相鄰站保護(hù)動作信號

LTREX=TMB1A+RMB1A其中，TMB1A為通道A發(fā)送位1，49T為過熱保護(hù)，76P1為過流I段保護(hù)，1dI為I段△I保護(hù)，1didt為I段di/dt保護(hù)，TMB2A為通道A發(fā)送位2，IN01為裝置開入01，OUT01為裝置開出01，RMB1A為通道A接收位1，RMB2A為通道A接收位2，LTREX為啟動線路測試?yán)^電器字，+表示邏輯或。

3 基于數(shù)字通信的雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該系統(tǒng)具有以下有特點(diǎn)：

（1）光纖通信可以實(shí)現(xiàn)信號在傳播媒介中的全反射，能夠減少信號源的信息失真率，提高信息接收端的正確性和原信號的質(zhì)量[3]，更適用于接觸網(wǎng)區(qū)間的長距離通信，從而提高了直流牽引供電系統(tǒng)雙邊聯(lián)跳保護(hù)的可靠性；

（2）通過直流牽引保護(hù)測控裝置進(jìn)行信息交換，不需要擴(kuò)充繼電器的輸出接點(diǎn)動作來傳遞信息，消除了中間繼電器的延時時間，縮短了雙邊聯(lián)跳保護(hù)的整體動作時間，提高了實(shí)時性；

（3）無需過多利用饋線斷路器和上網(wǎng)隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)，其回路更加簡單，節(jié)省了部分繼電器和設(shè)備成本，提高了經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 論

進(jìn)行基于數(shù)字通信雙邊聯(lián)跳保護(hù)系統(tǒng)的研究，一方面是創(chuàng)新，在技術(shù)上突破，采用光電轉(zhuǎn)換通信技術(shù)和邏輯編程的思想實(shí)現(xiàn)雙邊聯(lián)跳保護(hù)，為提高直流牽引供電系統(tǒng)的安全性、可靠性提供多一種可選擇的手段；另一方面是探索，本研究為解決地鐵變電所內(nèi)部和各所之間的聯(lián)鎖、閉鎖、聯(lián)跳關(guān)系復(fù)雜的問題提供了新的設(shè)計思路。

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作者簡介：金輝（1980.06-），男，安徽安慶人，高級工程師，本科。研究方向：建筑工程管理、電氣工程；廖權(quán)保（1990.10-），男，廣東梅州人，助理工程師，本科。研究方向：繼電保護(hù)技術(shù)；賴沛鑫（1988.04-），男，廣東揭陽人，助理工程師，本科。研究方向：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。