地铁供电系统继电保护整定配合研究

地铁供电系统继电保护整定配合研究
供电系统是地铁的重要组成部分，其运行状态直接决定了地铁的安全及效益，为确保供电系统的安全稳定运行就需要继电保护对供电系统的故障做出正确、快速的分析，文章对地铁继电保护进行分析研究，对现有地铁继电保护方案做出了完善，对供电线路、变压器、等电气元件进行了分析。

通过对继电保护的研究和改进，对实际应用具有十分重要的应用价值。

标签：地铁；继电保护；变压器
引言
目前地铁供电系统对继电保护装置动作的准确性、可靠性的要求很高。

为了减轻继电保护装置整定计算人员的工作量，同时减少整定误差，工作效率，本文针对供电系统继电保护进行分析。

1 地铁继电保护系统的特点
地铁供电系统各个变电站之间的距离都很短，每段供电线路不会超过3公里，所以一般供电线路的继电器保护装置的保护作用会对地铁供电线路失去作用。

主变压器容量既要满足高峰时期的符合要求，同时也要满足当一个主变电站发生故障（例如最简单的电路故障）时，另外一个主变电站也能够支撑全线的工作。

地铁采用的主变压器一般为星形/三角形接法，因此当地铁供电系统发生两相电路短路或者单相短路接地故障的时候，就会引起供电系统的不平衡，此时供电系统就无法正常工作，所以当供电系统遇到接地故障时，必须采用保护装置加以保护。

继电保护设备从结构功能上划分为三个单元，数据测量单元、逻辑判断单元和执行单元。

通过这三个单元的相互配合实现了对电气系统的保护。

2 地铁供电系统保护的分析
地铁牵引线路供电系统的结构十分复杂，很多因素都会影响其工作状况。

电流的速断保护与限时电流保护就是其中的因素之一。

在现场实际测试供电系统的电气特性不方便所以通常会采用建模和仿真的方式来对供电系统保护装置的工作状态和系统故障进行诊断和更深一步的研究和分析。

2.1 供电系统线路保护的分析
对于相间短路可以使用电流速断保护和过电流保护。

当不允许带时限切除短路故障时，应设置无时限速断保护。

当无时限速断保护不能满足选择性动作时，应设置带时限速断保护，当速断保护及过流保护不能满足继电保护的要求时，应使用线路纵联保护作为主保护，过流保护作为后备保护。

对于接地短路可以使用零序电流保护，零序电流保护是利用接地时所产生的零序过电流使保护动作。

零序电流保护一般作为后备的电流保护使用。

在用星形/三角形接法中的地铁供电
系统中将不接地的系统制造一个人为的中性点，同时通过一定的方式进行接地处理，目的是当供电系统单相或者两相接地短路时，保护可以动作。

2.2 牵引供电系统保护
可以分为两个部分，牵引整流机组保护和直流牵引保护。

牵引整流机组主要设置速断保护用于保护牵引变压器一次侧短路，设置过流保护用于保护牵引变压器的二次侧短路和直流母线短路，牵引变压器、整流器还应设置本体的超温保护，整流器硅元件保护的设置结合整流器的形式而定。

当直流设备框架保护启动后，联跳牵引整流机组开关以及站内所有直流开关及相邻变电站直流馈线开关，将本站直流牵引供电系统完全隔离。

直流牵引保护分为直流进线保护和直流馈线保护，直流进线保护主要设置开关本身自带的大电流脱扣保护、逆流保护以及被其他保护联跳。

直流馈线保护主要设置大电流脱扣保护、电流变化率及增量保护、线路故障测试及自动重合闸、热过负荷保护、联跳保护等。

3 主变压器的常见保护
城市轨道交通的主变压器基本上都是双绕组变压器，本文以地铁普遍使用的是YNd11主变压器为例进行研究，以便达到更好的解决方案。

变压器常见的内部短路故障包括相与相绕组之间的短路，单相绕组短路和匝间短路外部变压器故障包括变压器各相引出线之间的相间的相间的短路和单相引出线经过外壳之间的短路。

变压器常见的非电量主保护中是用瓦斯保护并辅以油温、油位等保护。

目前地铁主变压器继电保护配置的是电流速断、过负荷信号和过电流保护。

电流保护有很多优点，其中最大的优点就是反应迅速能够快速的对系统和本身的故障做出反应，以便及时的得到故障信息，但是也有缺点那就是信号识别能力比较差，一般无法识别大容量变压器产生的暂时状态下的励磁涌流信号而造成误动。

纵联差动保护具有很高的灵敏度，故对变压器的主保护可以采用纵联差动保护，采用过电流保护，零序过电流保护、和反时限过电流保护作为后备保护可以更好地使供电系统稳定运行。

3.1 对于相间短路
可以采用纵联差动保护作为主保护，因为它具有较高的灵敏度、快速性以及选择性，过电流保护在正常运行方式下的时限配合和灵敏度基本都可以满足系统的需求，因此可以考虑作为后备保护。

3.2 接地保护
对于接地保护可以采用分相电流差动保护作为系统的主保护，为了满足变压器对系统的速动性，选择性，灵敏性和可靠性等方面的要求，可以选择零序过电流保护作为系统的后备保护。

4 特征量的选取
继电保护系统必须以稳定运行为基础，为了准确识别出供电系统的运行状态，在继电保护系统中，只需要对采集到的反馈线电流信号进行识别和分类，并对传输的电信信号的特增量进行提取。

通过提取远程探头或者终端的电信号来提取相关的信息，以实现更好的管理。

5 直流保护配合
地铁车辆起动时的电流使对牵引供電系统直流侧正常运行最大的电流，各个保护整定值得设定以车辆的启动电流为参考值，所以准确的计算出车辆起动时的最大电流以及电流上升率对继电保护配合设计是十分重要的。

现在的地铁车辆电力传动方式是交流传动，交流传动系统中又包括了牵引电机，逆变器和辅助电器。

6 交流短路故障的分析
准确判断交流短路故障电流产生机理和变化特征为是判断系统稳定的基础。

因为现有的地铁条件无法实现现场实际短路试验，所以可以用建模和仿真的方式对其进行条理性的分析。

交流侧短路故障包括相间短路、单相接地短路和变压器内部匝间的短路等。

掌握各种工况的电流波形是实现研究继电保护的基础。

7 结束语
现在城市人口数量增长迅速，尤其是一些大城市，为了减轻城市的交通负担，引进了地铁、轻轨等设施。

地铁的运行，往往肩负着城市的主要运载任务，因此，对地铁运载能力的需求也是越来越高，地铁采用了缩小车间隔的方式来提升自身的运载能力。

通过分析的方式对地铁系统现存的一些缺陷进行了完善，加强了运行部门各专业之间的有效配合、协调，做到了相互之间的密切衔接，减少了各部门之间会出现的管理和技术上的不足。

通过分析和研究，明确了供电系统继电保护的安全性能和稳定性，对实现地铁安全运行，具有十分重要的意义。

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