合肥市軌道交通集團有限公司 羅 翔

以我國現(xiàn)代化城市建設(shè)及發(fā)展的現(xiàn)狀來看，城市軌道交通已成為一個城市經(jīng)濟水平的標志。在交通體系多元化發(fā)展的今天，為進一步緩解城市交通壓力，自進入21世紀以來，城市軌道交通建設(shè)就成為我國城市建設(shè)與發(fā)展的重點工程項目，而在城市軌道交通運轉(zhuǎn)過程中，電力起到了非常重要的作用，隨著城市軌道交通運營負載的增加，其供電負荷也在不斷加重，使得城市軌道交通設(shè)備跳閘等故障問題不斷發(fā)生，對城市軌道交通的運行造成了負面影響。

對于城市軌道交通的供電來說，常見的供電形式涵蓋了集中供電、分散供電以及混合供電。這三種供電方式都能為城市軌道交通設(shè)施提供穩(wěn)定的用電供應(yīng)，不過由于不同方式間特性的不同，具體應(yīng)用還需結(jié)合實際情況來進行選取，為體現(xiàn)出光纖差動保護，通常都以集中式供電的方式為主。

鑒于集中式供電方案的可靠性、穩(wěn)定性遠遠高于分散式供電和混合式供電，因此大部分城市軌道交通供電系統(tǒng)以集中式供電為主。本文以集中式供電方案為基礎(chǔ)，探究城市軌道交通35kV 線路光纖差動保護的原理及應(yīng)用情況，并深入分析35kV 開關(guān)柜光纖差動保護跳閘原因及處理措施，以此來豐富相關(guān)研究理論。

1 光纖差動保護原理

當前，在電力供應(yīng)當中地鐵35kV 開關(guān)柜光纖差動保護主要是根據(jù)基爾霍夫電流的定律為基準。圖1為35kV 輸電線路實體圖。這種保護動作的形成，是根據(jù)計算繼電保護裝置的三相電流而得，通過計算的方式，進而能夠通過檢測相關(guān)保護裝置中三相電流向量和的值作為依據(jù)來進行光纖差動保護的評定，若在具體鏈接中，電流互感器二次側(cè)電流繼電器的電流符合一定整定值，進而就會產(chǎn)生光纖差動保護動作，通過形成保護的形式來引發(fā)電路跳閘。圖2為光纖差動保護工作模型。

圖1 35kV 輸電線路實物圖

圖2 光纖差動保護工作模型

光纖差動保護采用分相電流差動元件作為快速主保護，并采用PCM 光纖或光纜作為通道，使其動作速度更快，因而是短線路的主保護，這與一般的保護形式相比，優(yōu)勢特點較為明顯，其不僅繼承了電流差動保護的特性，且在光纖傳輸通道上具備較強的穩(wěn)定性與可靠性，能夠確保傳送電流幅值與相位正確可靠地傳送至對側(cè)[1]。

除此之外，光纖差動保護的架構(gòu)體系中能夠看出，其是依據(jù)線路光纖通道來進行對側(cè)傳遞和接收進行數(shù)據(jù)信息的采集與處理。該系統(tǒng)具體架構(gòu)可見圖3。從圖3可以看出，通過借助本地與對側(cè)電流數(shù)據(jù)來計算電路中的差動電流。以此來鑒別電流差動保護制動特性，進而體現(xiàn)出保護動作產(chǎn)生及不產(chǎn)生的具體原因。

圖3 光纖差動保護系統(tǒng)的典型構(gòu)成圖

結(jié)合圖3光纖差動保護系統(tǒng)架構(gòu)，直觀體現(xiàn)出，供電線路在穩(wěn)定供電過程中，兩側(cè)電流相位相反。其中，假設(shè)M 側(cè)是送電端，N 是受電端，就可視為M 的側(cè)電流是母線流向線路，而N 側(cè)電流是線路流向母線，這兩側(cè)的電流大小相等，但方向卻截然不同；若線路在實際運行中產(chǎn)生故障，則其形成的故障電流會從母線流向線路的方向為基準，而線路兩側(cè)電流差電流則不為零，對于光線保護動作的產(chǎn)生來說，需在符合電流差動保護動作特性方程的前提下為基準，進而才能產(chǎn)生相應(yīng)的動作來實現(xiàn)故障切除。圖4是光纖差動保護的制動特性。

圖4 光纖差動保護的制動特性

圖4中，Id 為差動電流，Id=|IMφ+INφ|，φ 為相位，φ=A、B、C；

Ix 為制動電流，Ix=|IMφ-INφ|；

K1和K2則代表不同的制動斜率。

從首尾互感器之間流出流入的電流，均產(chǎn)生動作電流。從首尾互感器之外流出流入的電流，不可視為動作電流，其只是以形成制動電流Ix 為主。動作電流和制動電流相對工作點在比率制動曲線上時，就會出現(xiàn)光纖差動保護動作。

Isl是啟動電流的體現(xiàn)，因線路兩側(cè)電流互感器測量誤差與超高壓線路在實際運轉(zhuǎn)中所形成的充電電容電流等因素，差動保護在利用本地和對側(cè)電流數(shù)據(jù)按相進行實時差電流計算時值并不為零。靈敏度校驗式子如下所示：

在上述式子中，Ksen代表靈敏度系數(shù)，則表現(xiàn)為最小運行方式下保護區(qū)中兩相短路的最小短路電流（A），nTA代表了電流互感器變比，Iop為差動保護動作電流。

以某工程35kV 開關(guān)柜采用的南瑞PCS-9613DT 線路光纖縱差保護裝置為例，其環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)包括E、D、C、B、A 五座車站變電所，潮流方向為E 變電所→A 變電所。AC35kV 進出線開關(guān)柜差動保護變比為500/1。線路各個參數(shù)如表1所示：

表1 線路參數(shù)表

南瑞PCS-9613DT 線路光纖縱差保護裝置整定值如表2所示。

表2 線路光纖縱差保護裝置整定值

根據(jù)以上整定值，計算不同短路的短路電流條件下制動特性。見表3。

表3 最大短路電流下制動比例值

根據(jù)以上不同短路電流下計算制動比例可知，制動比例值均大于k1及k2值，其差動電流值在光纖差動保護的制動特性曲線以上，差動保護動作。

表4 最小短路電流下制動比例值

2 城市軌道交通35kV 線路光纖差動保護跳閘原因

城市軌道交通在實際運行中，其35kV 開關(guān)柜光纖差動保護出現(xiàn)跳閘的原因有以下幾種：一是城市軌道交通35kV 開關(guān)柜結(jié)構(gòu)有所損壞，且其內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)引線接頭松動、損壞及脫落等現(xiàn)象，就會使供電設(shè)備的電壓電流發(fā)生變化，進而對其運行穩(wěn)定性造成影響，最終就會出現(xiàn)跳閘保護動作。

二是由于35kV 開關(guān)柜的斷路器與絕緣子出現(xiàn)破損現(xiàn)象，就會導(dǎo)致其絕緣性能受到影響，這就會導(dǎo)致短路現(xiàn)象發(fā)生，從而引起跳閘[2]。

三是電流互感器作為城市軌道交通35kV 開關(guān)柜的重要器件，這一設(shè)備發(fā)生故障時就會觸發(fā)光纖差動保護裝置報警，從而引起跳閘。

四是三工位隔離開關(guān)是確保其正常運行的核心要素，若是其絕緣子性能受到影響，同樣會造成跳閘現(xiàn)象的產(chǎn)生。

五是35kV 開關(guān)柜裝置與避雷器相連，如果該部件受到損壞，會引發(fā)電壓與電流的變化，使光纖差動保護裝置產(chǎn)生跳閘保護動作。

六是35kV 電纜因外力導(dǎo)致破損導(dǎo)致短路發(fā)生。

3 城市軌道交通35kV 線路光纖差動保護跳閘處理

3.1 針對性處理措施

城市軌道交通用電設(shè)備在發(fā)生故障問題時，進行35kV 開關(guān)柜光纖差動保護跳閘處理的過程中，要展開針對性且全面性的檢查，并將故障點優(yōu)先原則踐行到實處，根據(jù)故障處進行檢查，并從該部位周邊以點分段啟動自投，使沒有發(fā)生故障的設(shè)備部件繼續(xù)進行供電，這樣能夠確保原有的線路運行方式不會受到影響，而是單一的只針對故障處進行處理，以確保設(shè)備原有性能不受損壞。

以環(huán)線故障的問題為例，光纖差動保護在退出后，設(shè)備故障檢查與維修時，要借助后備電流保護來切除故障部位，以確保整個設(shè)備裝置不會因穿越性電流而影響其自身性能，這樣就不會在檢修過程中引發(fā)跳閘動作的產(chǎn)生，且也能為設(shè)備整體跳閘概率的降低提供保障[3]。

除此之外，必須要進一步明確城市軌道交通供電設(shè)備中其他斷路器有無跳閘動作產(chǎn)生，以此來實現(xiàn)供電電源調(diào)度的優(yōu)化與調(diào)整，提升其靈敏度。之后，就可以送電的方式來檢驗其是否能夠?qū)崿F(xiàn)正常供電，若運轉(zhuǎn)正常，就可一一對停電線路進行送電，如果還是無法實現(xiàn)正常供電，就要將處理中心放在備用電源的使用上，以此來確保不會產(chǎn)生城市軌道交通停運的現(xiàn)象。

對于一些失壓的中低壓側(cè)設(shè)備檢修來說，能夠采取先恢復(fù)供電的方式，再展開針對性處理，這樣能夠進一步減少因設(shè)備故障而造成的損失，在城市軌道交通停運時，再對相關(guān)故障進行處理[4]。

3.2 排查確定故障點

跳閘動作產(chǎn)生后，進行故障處理時，一定要對設(shè)備進行全面排查，以此來確定故障點，為后續(xù)故障維修工作的有效開展而提供保障。

城市軌道交通的供電設(shè)備相比于一般供電設(shè)備而言，具備一定的特性，尤其是在發(fā)生故障問題時，通常來說都會形成大量故障電流。此時，一定要確定電路設(shè)備的故障點，以排查的方式先檢查35kV開關(guān)柜，再對光纖差動保護裝置進行全面檢查。必須加強巡視檢查的力度，在夜間城市軌道交通停運時，可通過斷電的方式對保護裝置進行細致的排查。

結(jié)合上述研究分析來看，為了確保城市軌道交通實現(xiàn)正常運行，使其穩(wěn)定性與安全性能夠得到有效保障，就要確保電源供應(yīng)足夠穩(wěn)定，若是用電設(shè)備發(fā)生異常，就會觸發(fā)35kV 開關(guān)柜光纖差動保護裝置，從而出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，該項技術(shù)的應(yīng)用能夠第一時間了解城市軌道交通用電設(shè)備的運行狀況，能夠及時采取有效措施進行設(shè)備維修。

由此可見，該項技術(shù)在城市軌道交通供電中應(yīng)用的價值與意義，政府及城市軌道交通相關(guān)部門要充分意識到該項技術(shù)應(yīng)用的重要性，加大其推廣及應(yīng)用的力度，才能為城市軌道交通用電設(shè)備的運行及供電穩(wěn)定性與安全性的加強做出貢獻[5]。