劉雨佳

（廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部，廣東廣州510310）

0 引言

目前廣州地鐵14號線和知識城線供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)電纜以差動保護作為主保護，數(shù)字通信電流選跳保護作為后備保護。該保護配置方案與以往采用的傳統(tǒng)保護方案有所區(qū)別，傳統(tǒng)保護配置方案以差動保護為主保護，過流保護和零序保護為后備保護。

1 傳統(tǒng)保護配置不足之處

廣州地鐵大部分的中壓環(huán)網(wǎng)進出線開關(guān)一般配置縱聯(lián)光纖差動保護作為主保護，過流保護和零序電流保護作為后備保護。但該保護方案在大供電分區(qū)及供電方式改變的情況下存在選擇性和速動性矛盾，具有需根據(jù)運行方式切換整定值組及不能對母線故障進行快速切除等不足。

1.1 過流保護動作時限問題

為保證繼電保護的選擇性，過流保護的動作時間應(yīng)設(shè)置極差，一般要求主變電所過流時限不大于1.5 s。而在大供電分區(qū)或某一主所解列由另一主所進行支援的運行方式下，環(huán)網(wǎng)開關(guān)的過流保護將無法實現(xiàn)極差要求，只能舍棄部分區(qū)段的過流保護選擇性，減少極差。上述情況會導(dǎo)致末端幾個變電所過流保護的動作時間一致，當(dāng)環(huán)網(wǎng)線路尾端或中壓母線發(fā)生短路時，相應(yīng)保護出口切除故障，將造成同一動作時間的環(huán)網(wǎng)開關(guān)同時跳閘，擴大停電范圍。

1.2 開關(guān)柜母線保護問題

軌道交通中壓供電系統(tǒng)36 kV開關(guān)柜多數(shù)采用GIS柜，在配置傳統(tǒng)保護方案的36 kV變電所，對開關(guān)柜內(nèi)（含母線）的故障，僅依靠時限較長的過流保護顯然不能滿足母線保護要求。以廣州地鐵一號線為例，在實際運營中，母線短路故障發(fā)生概率較小，但一旦出現(xiàn)母線短路故障，最后將由環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的電流速斷保護出口動作，動作時間無法拉開極差，會造成部分開關(guān)同時跳閘，嚴(yán)重影響地鐵正常運營。

2 數(shù)字通信電流選跳保護

2.1 基本原理

數(shù)字通信電流保護方案利用保護裝置之間的直接通信可編程功能，實現(xiàn)了線路兩端信息的傳遞，在不降低保護系統(tǒng)可靠性的前提下，不僅完全可以替代傳統(tǒng)的電流差動保護，還克服了傳統(tǒng)保護選擇性和速動性之間的矛盾，從而可以迅速切除故障，解決中壓環(huán)網(wǎng)供電線路后備保護速動性與選擇性相矛盾的問題，保證任一級故障均能在0.8 s內(nèi)予以切除。如圖1所示，這是36 kV交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。假設(shè)短路點發(fā)生在Ⅲ段，根據(jù)供電方向，K2是最后一個過流的開關(guān)，K3是第一個沒過流的開關(guān)，則可判斷故障發(fā)生在Ⅲ段，K2、K3開關(guān)應(yīng)斷開。

圖1 區(qū)間故障區(qū)段的判斷和隔離

2.2 實現(xiàn)方法

此數(shù)字通信電流保護方案利用保護裝置之間的直接通信可編程功能，實現(xiàn)線路兩端信息的傳遞，所以保護裝置須具有強大的邏輯編程和裝置間直接通信的功能。

如圖2所示，當(dāng)故障點出現(xiàn)在d1點時10、3、4均感受到過電流，4～7均無過電流，4是最后一個過流的保護裝置，設(shè)備7與4將本身的過流與否信號互送，邏輯判斷，設(shè)備4與7同時速斷跳閘，從而切除故障點。

圖2 保護裝置連接圖

3 對比分析

數(shù)字通信電流選跳保護具有以下優(yōu)點：

（1）基于差動保護原理實現(xiàn)，電流選跳保護屬于定性保護，而差動保護屬于定量保護。電流選跳保護裝置之間只傳遞狀態(tài)量信息，而不是傳統(tǒng)的電流測量值，也不需要像差動保護裝置對電流進行復(fù)雜的矢量計算，具有極高的可靠性和抗干擾能力。

（2）可快速識別故障區(qū)域，無需動作時間，達(dá)到快速跳閘的目的，固有動作時間約幾十毫秒，能達(dá)到選擇性與速動性要求，比擬差動保護的效果。

（3）在光纖通信異常、斷路器拒動、保護裝置故障等情況下具備后備保護功能，動作時間無需極差，同時保護的動作時間遠(yuǎn)小于過流保護的整定時間。

（4）保護范圍和定值不受供電分區(qū)大小及環(huán)網(wǎng)運行方式干擾，適用于較長分區(qū)環(huán)網(wǎng)的供電系統(tǒng)。

（5）可對開關(guān)柜內(nèi)部和母線故障提供保護，這是差動保護所不具備的。

4 現(xiàn)場應(yīng)用分析

4.1 各類故障下保護動作情況

以知識城線中壓環(huán)網(wǎng)為例進行分析，將供電系統(tǒng)簡化成如圖3所示的供電結(jié)構(gòu)，分別模擬保護配置方案中可能出現(xiàn)的各種故障，試驗保護的動作情況并記錄數(shù)據(jù)。其中，d1點模擬區(qū)間故障（線路差動保護退出），d2點模擬母線故障，d3點模擬饋線故障。

（1）電纜線路d1點故障，F(xiàn)35-6最后一個檢測到過流，F(xiàn)35-7第一個沒有檢測到過流，斷路器6和7跳閘，切除線路故障。電纜線路d1點故障，6、7號斷路器的F35保護裝置通信異常，則斷路器6跳閘，切除線路故障。電纜線路d1點故障，6號斷路器拒動，則斷路器5和7跳閘，切除線路故障。

圖3 供電系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖（鎮(zhèn)龍—旺村）

（2）母排d2點故障，F(xiàn)35-4和F35-5檢測到過流，F(xiàn)35-6未檢測到過流，斷路器5和6跳閘，切除母排故障。母排d2點故障，5號斷路器拒動，則斷路器4和6跳閘，切除母線故障。

（3）饋線d3點故障，斷路器8跳閘，切除饋線故障。饋線d3點故障，8號斷路器拒動，則斷路器5跳閘，切除饋線故障。

4.2 電流選跳保護中電纜故障判斷條件

（1）本線路開關(guān)過電流保護啟動；（2）相鄰變電所同一線路開關(guān)的過電流保護未啟動；（3）數(shù)字通信電流保護延時時間到T。

4.3 電流選跳保護中母線故障判斷條件

（1）本線路開關(guān)過電流保護啟動；（2）相鄰變電所同一線路開關(guān)的過電流保護啟動；（3）本變電所同一母線上其他所有開關(guān)的過電流保護均未啟動；（4）數(shù)字通信電流保護延時時間到T。

當(dāng)保護裝置判斷為電纜故障時跳本線路開關(guān)，并發(fā)信號聯(lián)跳相鄰變電所同一線路開關(guān)；當(dāng)保護裝置判斷為母線故障時跳本線路開關(guān)，并發(fā)信號聯(lián)跳本變電所的其他進出線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)。

5 結(jié)語

針對地鐵供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化及大分區(qū)供電的需求，如采用常規(guī)階梯式保護配置方案將很難保證整個系統(tǒng)的選擇性，提出電流選跳保護解決方案，并融入了通信技術(shù)，從而將固定的時間級差轉(zhuǎn)化為動態(tài)時間級差，大大縮減了故障切除時間，同時可以最大可能性地增加供電臂的長度，在已運營的地鐵線路中可隨時進行延伸，既解決了線路擴容問題，也延長了設(shè)備使用壽命。

[1]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].4版.北京：中國電力出版社，2010.

[2]鄧克.線路差動保護升級在地鐵中的應(yīng)用[J].都市快軌交通，2009，22（6）：33-34.