地铁中压供电系统选跳保护原理及试验方法

地铁中压供电系统选跳保护原理及试验方法
摘要：从差动保护原理出发，通过介绍差动与选跳2种保护的不同点，论述了选跳保护的动作原理，并以变电站10 kV进线故障、出线故障和母线故障3种故障状态时选跳保护的动作情况为例，总结出选跳保护的特点。

最后结合现场实际调试经验，介绍了选跳保护的2种试验调试方法。

关键词：差动保护；选跳；故障特点；试验调试
0 引言
在地铁中压供电系统中，可以包括2套电压等级系统，一套是为牵引变电站提供动力的35 kV 电压系统，另一套则是为动力照明、环境与监控（BAS）、通风空调等一般机电专业提供动力的10 kV 中压系统。

在10 kV中压系统中，主保护采用了我国国内首次使用的差动保护形式—选跳保护，这种保护的原理与传统意义上的差动保护原理既有联系又有区别。

下文针对选跳保护结合具体的10 kV 供电系统对其原理进行进一步的分析。

1 选跳保护原理分析
在以往的差动保护中，包括变压器差动保护（见图1）及线路差动保护（见图2），其基本原理是比较被保护对象两端的电流大小和相位。

理想情况下，的矢量和几乎均为零（如果不考虑各种变比的电流互感器本身设备的差别及不平衡电流I ph的影响），但当被保护对象发生故障时，例如线路上的各种接地故障，或者变压器内部发生匝间短路故障时，此时，将引起被保护对象的上级或下级的开关跳闸，以切除故障。

在这种差动保护中，由于要进行2个电流的矢量和计算，因此，它涉及到设备两端电流互感器一次和二次接线的极性问题，极性必须依据保护装置的要求确定，也就是说它是一种矢量保护。

对于单个设备的差动保护，例如变压器，可以通过二次接线来实现，如图1所示，而对于距离较长的线路差动保护来说，由于线路本身损耗较大，因此，通常考虑利用站间光纤通讯来解决。

2 选跳保护的特点
选跳保护也是基于差动保护原理而实现的，不过，它与普通的差动保护还是有一定的区别。

图3是3个变电站1、2、3的选跳装置原理接线图，11代表1站的进线保护，12代表1站的出线保护，同理21代表2站的进线保护，22为2站的出线保护，依此类推。

保护装置之间的连线为数据通信线，对于同一站的保护装置的通信，利用普通控制电缆即可，如21和22保护装置之间的通信；对于变电站之间的保护装置的通信，则可通过光缆来实现，如12和21保护装置之间的通信则采用光缆。

该系统为设置母联的单母线分段系统，供电方式为双环网供电方式，图中仅画出每站的其中一段母线，供电系统正常运行时，供电方向为1—2—3，当供电给1站的开闭所出现故障时，供电方向变为3—2—1。

选跳保护为该系统的主保护，过流保护为后备保护。

对于主保护选跳保护来说，以2站为例，当供电方向为1—2—3时，可能出现的故障情况为A、B、C这3个地方，下面分别加以讨论。

（1）A点出现故障（进线）。

继电保护动作为11、12过流启动，21、22、31、32过流不启动。

则判断1、2站间故障，此时，由12通过12和21间的站间光纤给21发出跳闸信号，12和21断路器跳闸。

（2）B点出现故障（出线）。

继电保护动作为11、12、21过流启动，22、31、32过流不启动。

则判断2站母线故障。

此时，由21通过该站内的二次硬接线给22发出跳闸信号，21和22断路器跳闸。

（3）C点出现故障（母线）。

继电保护动作为11、12、21、22过流启动，31、32过流不启动。

则判断2，3站间故障。

此时，由22通过22和31间的站间光纤给31发出跳闸信号，22和31断路器跳闸。

通过以上分析可以看出，该选跳保护有以下2个特点：
（1）选跳保护只与电流的大小有关系，而与电流互感器的二次接线的极性无关，也就是说，该保护不是矢量保护。

（2）各台开关保护之间通过光纤或二次硬接线只传输跳闸信号（或装置故障闭锁信号），而并不传输电量信号，也就是说，装置本身并不对2台断路器的电流进行计算。

3 试验方法
上述分析是地铁10 kV中压供电系统选跳保护的基本原理，但在实际供电系统中每个变电站设计为单母线分段形式，每站都有两路进出线，因此，试验调试必须与其左右邻站分别联调。

但由于现场条件无法满足调试的需要（如站间装置微机通讯光纤还未敷设、变电站通讯施工未完成而无法进行站间通讯联系等），因此采用了变通的试验方法，利用该站其中一路进出线代替邻站的进出线以模拟实际状态，现以2种情况为例进行较详细地分析。

3.1 试验方法1
图4为试验方法1的原理接线图。

图4中，以1#进线1#出线模拟该站的进出线保护，2#进线2#出线模拟邻站的进出线保护，用光纤将12保护装置和21保护装置间建立通讯，也即12保护装置的“收发”光端口与21保护装置的“发收”光端口分别相连，试验过程如下：
（1）供电方向为变电站1→变电站2。

模拟站间故障：合11、12、21、22开关，给11、12加动作电流，则12、21开关跳闸；模拟变电站2母线故障：合11、12、21、22开关，给12、21、11加动作电流，则21、22开关跳闸；模拟变电站1母线故障：合11、12、21、22开关，给11加动作电流，则11、12开关跳闸。

（2）供电方向：变电站2→变电站1。

模拟站间故障：合11、12、21、22开关，给21、22加动作电流，则12、21开关跳闸；模拟变电站1母线故障：合11、12、21、22开关，给21、12、22加动作电流，则11、12开关跳闸；
模拟变电站2母线故障：合11、12、21、22开关，给22加动作电流，则21、22开关跳闸。

3.2试验方法2
图5为试验方法2的原理接线图。

图5中，在1#进线和2#出线建立光纤通讯，通过1#进线和2#出线模拟站间故障，试验过程如下：
（1）供电方向：变电站1→变电站2。

模拟站间故障：合11、12、21、22开关，给11、12加动作电流，则11、22开关跳闸；
模拟变电站2母线故障：合11、12、21、22开关，给11、12、22加动作电流，则21、22开关跳闸；
模拟变电站1母线故障：合11、12、21、22开关，给12加动作电流，则11、12开关跳闸。

（2）供电方向：变电站2→变电站1。

模拟站间故障：合11、12、21、22开关，给21、22加动作电流，则11、22开关跳闸；
模拟变电站1母线故障：合11、12、21、22开关，给11、22、21加动作电流，则11、12开
关跳闸；
模拟变电站2母线故障：合11、12、21、22开关，给21加动作电流，则21、22开关跳闸。

3.3 试验结果分析
以上模拟站间进出线保护的试验方法有一定的可靠性和灵活性，基本满足了试验和调试的目的，但也有一定的局限性，即用于该站试验的通讯光纤较短，信号衰减较小，试验调试时无法进行校验，因此，该站试验调试完成后，在变电站投运前必须对站间通讯进行有目的、有选择地校验，整个选跳保护调试才算结束。

4 结束语
选跳保护作为一种线路主保护在我国地铁中压供电系统中应用较少，目前，大部分采用的均是带方向性的线路纵差保护，与矢量线路纵差相比，选跳保护对保护装置的要求较低，不必进行复杂的电流矢量计算，但由于涉及到的开关数较多（一般为每个变电站至少3台），因此，在保护装置的试验调试方面较复杂。

本文从差动保护的原理出发，介绍了选跳保护的原理、特点并论述了一种较为实用的试验调试方法，希望能对从事相关工作的工程技术人员提供一些参考和帮助。

文章来源：《电气化铁道》原作者：张江。