王新涛
中铁一局集团电务工程有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：随着我国城市的不断建设，城市化的水平越来越高，城镇人口数量激增，为了缓解由大量人口带来的交通拥堵问题，地铁成为了环节交通压力的首选方案，地铁在我国有很大的建设空间。地铁的动力来源是电力，而这种供电系统远比普通的线路复杂得多，对变压器、继电保护等模块有很高的要求。只有做好地铁的供电系统维护工作，保证安全稳定的电力供应，才能保证地铁平稳顺利的运行。因此，供电系统中的继电保护尤为重要，本文主要对地铁的供电系统进行概述，对地铁供电系统继电保护的整定配合进行详细探讨，以求能够对供电系统起到帮助。
关键词：地铁；供电系统；继电保护；
引言：近年来，电力技术迅猛发展，供电系统的设备水平也有了很大的提升，供电设备越来越安全高效。在地铁的供电系统中，为了对系统接线进行简化，较少设备的投资以及使用期间电能的损耗，中压供电系统经常采用大分区环网接线的方式，而这也需要更高规格的供电系统保护措施。当前阶段的供电系统保护有很多的不足，不能够满足现阶段的地铁运行需求。本文主要针对供电系统的线路以及继电保护的方案进行了探讨，改进方案的不足，提出更为合理的供电系统和继电保护优化方案。
一、地铁供电系统概述
地铁作为解决城市交通拥堵的有力工具，在我国的城镇化建设中发展得越来越快，取得了优良的成果。地铁交通的稳定性高，交通时间规律，能源的利用率高并且十分安全，在城市中逐渐取代传统的公交，成为了交通运输新的主力军。
地铁的供电系统主要包含三个主要部分，分别是牵引供电系统、中压供电系统以及照明信号系统。电网主要用于电能的提供。而供电系统中的继电保护则是地铁顺利运行的极为重要的一个环节。为了能让地铁更加安全平稳的运行，我们要做好继电系统的保护工作，在继电系统发生故障之后一定要在第一时间进行修复。尤其是对短路故障的及时修护，短路对供电系统的危害性极强，在短路故障出现之后，会瞬间产生一个强电流，造成部分电器元件大量发热，极大地减少了设备的使用寿命，甚至可能直接将设备烧坏。同时，由于供电系统的各部位是协同工作的，所以在某一区域短路损坏后，整个供电体统都可能直接瘫痪。
在出现供电系统的故障之后一定要在第一时间进行处理，最大程度减少故障对于整个供电系统带来的危害。同时，要对继电器加强维护，加大高发故障的监察，及时发现问题，并做好充足的预案，加快问题分析和解决的速度。随着电器技术的不断发展，继电保护系统也越来越先进，供电系统的整体性能也在不断升高。
二、供电系统的继电保护分析
（一）供电系统的线路保护
一旦供电系统发生故障，就需要维修人员最快的发现问题并采取有效措施对供电系统进行保护，防止二次事故的出现，最大限度减小事故对供电系统的影响。目前的地铁供电系统的保护措施比较落后，主要保护和双层墙措施，保证垂直防护措施较为落后，并不能对供电系统产生良好的保护作用。如果正在运行的地铁电源出现短路，维修保护人员要及时采取零序电流保护措施，保证地铁供电系统的正常运行。要做好充分的电源保护系统的完善，让其能够在实际情况中发挥真正的作用。
（二）牵引供电保护
牵引供电系统保护由两大部分组成。第一部分是牵引整流器保护，它主要在电路保护阶段发挥作用。在触发快读断电保护模式后，牵引整流器可以在变压器出现故障之后迅速对整个供电系统进行保护。在安装这一部分时，需要安装人员设置过温保护，从而让牵引整流器发挥最大的保护效果。第二部分是直流牵引保护，直流线路保护在使用自己的直流牵引，配合开关，对电源系统的故障影响进行限制，通过开关的功能来保护电源系统。
（三）特征量选取
在继电保护系统进行工作时，要根据电源系统稳定运行的基本原则来调整电源的运行状态。继电保护系统包含以下几个关键部分，分别是反馈电流信号采集和识别，分类，增量信号提取信号最后传输。在提取相关信息时借助远程终端信号探头，将主车的启动电流作为保护设置的参考，通过计算得到启动的最大电流。要特别注意机电系统的保护协调设计，因为其对于当前变化率有很大的影响。当前阶段的地铁动力传动主要方式为交流驱动交流传动系统，涵盖了变频器、牵引电动机以及其他的辅助设备。
三、地铁供电系统继电保护整定配合策略
（一）线路保护配置方案
1.相间电流保护的整定
电流速断保护主要在本段电路短路后电流瞬间增大时而采取的瞬时反应，一般成为Ⅰ段保护。电流速断保护按照避开下一条线路出口处短路的条件来进行整定，保护的范围要比被保护线路的长度小，保护的最小范围要比被保护线路的15-20％大。
限时电流保护的主要作用是配合电流速断保护措施，对其他范围的线路故障进行切除，同时作为电流速断保护措施的后备带时限动作保护，一般成为Ⅱ段保护。Ⅱ段保护的整定需要结合下一段线路电流速断保护的整定值以及可靠性配合系数。对输电线路进行保护整定时，受到配电站距离的限制，每一段的线路保护长度最大限度为10公里。使用传统方式进行线路Ⅰ段保护并不能满足保护的需求。限时电流速断保护在结合保护间的配合整定后，往往会导致同一段线路的Ⅱ段保护整定值大于一段，Ⅱ段保护范围过小，不能发挥实际作用。所以电流Ⅰ段保护和Ⅱ段保护都不能满足地铁供电系统的线路保护需求。
2.定时限过电流保护
定时限过电流保护主要在电流幅值过大时发挥作用，保护启动电流避开最大负荷电流，当电流幅值超过限度时启动，启动之后的出口动作时间为特定的整定时间。在电路的近后备保护灵敏度满足时，才会产生保护作用。
在地铁供电线路正常工作的情况下，地铁最大负荷电流不会发生很大改变，同时线路的段数少，时限配合较少，这种状态下定时限流保护的时限配合和灵敏度都可以满足需求，此时的定时限过电流保护作为相间短路的后背防御措施。
（二）继电保护网络系统的架构
作为电力调度，要保证地铁供电设备可以稳定运行，同时供电的方式也可以做到及时调整。在选择继电保护方式时要十分慎重，只有制定适当的继电保护整定计算，做好接线图的拟定工作，才能让地铁可以低故障率、更安全的投入使用，最终达到降低供电系统的故障出现频率。当前的继电保护网络系统大致可分为三个层级，第一个层级为网省级，第二个层级为省市级，第三个层级为市级以及变电站的保护系统。变电站系统中的线路保护、断路器保护以及变压器的保护都可称为微机保护装置，通过变电站保护网络连接到主站保护控制系统，同时向监控设备传递实施控制。保护管理机器主要通过网络命令进行保护作用的发挥，把变电站的各类信息实时传送到主站网络进行增强保护，同时连接其他的变电站。变电站保护系统分为主站系统，变电站系统以及保护装置三部分。保护装置负责就地整定和保护工作的执行。变电站系统在变电站内，主要负责数据的收集、控制以及传输各类站点的智能设备的操作和配置信息。通过对变电站不同保护装置的信息进行检测以及断路器和隔离开关的状态进行综合分析，从而对变电站进行整定，并将这些信息传递给主站。主站系统位于调度侧，主要的功能是对其负责的变电站进行长期的不断维护。通过变电站的所有信息进行分析，最终得到系统的实时状态，从而达到集中保护设置的目的，再与上层的主站进行信息交换。主站可以直接访问变电站的中央控制中心，并且为变电站提供各类的服务。
（三）数字电流保护
通过对于实际地铁中压供电环网进行分析，可以得到不同故障发生的情况下，数字电流保护工作的具体原理。在故障点出现较大的电流时，可能会超过安全设定的最大值，在这个较大的电流流经断路器的保护装置PCS-9611DT时，会通过G00SE网迅速向周围的保护装置发出闭锁信号；在极低的网络延时后，如果断路器的保护装置收到了闭锁信号，则会断定区外发生故障，迅速采取出口闭锁的措施；反之则为区内故障，会迅速对出口进行保护。数字电流保护的固有动作所需时间小于0.05秒，应该将延时时间整定为0.2秒，从而可以和光纤纵差保护动作进行合作，最终提高故障的处理效率。
（四）纵联差动保护
纵联差动保护通过通信管道，把输电线路终端和起始端的保护装置纵向连接，然后把两端的电气量传输到相对一端，通过电气量的分析比较，从而判断故障的大致范围，再分析是否需要产生动作。纵联差动保护对电器设备内部的事故反应很及时，具有很强的选择性，在电气的主设备保护中以及输电线的保护中发挥主要作用。纵联差动保护比阶段式保护的灵敏度更高，产生动作时间更短，从而可以最大限度减少故障带来的损失。在地铁的供电系统中，由于被保护线路以及变压器两端采用同型号的数字互感器，在发生短路故障时，最大的无规则波动电流弱，所以该保护模式的选择性很高，可以作为输电线路的主要保护手段。
（五）继电保护优化方案
在对继电系统的方案进行调整时，要充分考虑实际情况，针对具体的问题进行改进，从而让继电保护发挥更大的效果。在地铁的实际运行状况下，对主要保护进行完善，对供电系统的继电保护设置进行不断更新，根据不同地域地铁的实际状态调整方案内容。
在进行继电保护的主保护的措施制定时，可以选用灵敏度更高、反应更加迅速的纵联差动保护，从而达到更好的保护效果，让供电系统在出现故障时能够得到更及时的修复。在进行接地保护的方式选择时，使用选择性更强、更加可靠的分相电流差动保护作为主要的保护措施。将零序过电流保护作为后备保护，从而让供电系统有更高的安全性能和稳定性。
在对反送电运行下继电保护进行优化时，要特别注意过电流保护的特殊延时性，对异常电流的防护措施必须十分谨慎。如果过电流保护的延时过久，可以使用区域供电，将变电站的接线方式进行调整，可以使用单母线分段接线的方式，让两侧的电源互为备用，在出现问题时能够更快地进行修复，从而保证地铁的平稳运行。
在对地铁变电系统的核心部位——继电保护配置进行优化时，一定要遵循让地铁更加持续稳定运行为宗旨，结合各个变电站的实际数据进行调整。在继电保护设置出现问题之后，要迅速向其他设备发出警报信号并输出信号，把故障设备从整个供电系统中隔离开，减小对整个系统的影响。地铁的线路较长，线路中的负载也十分巨大，所以在供电系统出现问题之后，电压可能会持续下降，所以也可以使用低电压连锁的过电流保护，从而提升保护的选择性。
结语
随着社会的不断进步，地铁在公共交通中的地位越来越高，它直接影响到国家的财产安全以及人民的生命安全，地铁供电系统的继电保护优化十分重要。我们要不断提高对地铁安全的重视程度，对目前的地铁供电保护措施进行深入探究，根据具体的需求不断优化调整，同时分析优化方案的可行性以及可靠性，从而让地铁可以有更低的故障率。通过本文的探讨，可以清楚地认识到，地铁的安全性能提升需要考虑的因素众多，只有对所有的因素进行综合分析，才能得到最合理的方案。在以后的地铁使用中，要定期对供电系统进行检查，及时发现存在的问题，对供电系统进行不断改进，做好日常的保养工作，努力提高系统的使用寿命。让地铁成为我国城市建设的重要推进力，让我国的社会和经济保持高速的不断发展。
参考文献
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