张爱新1 张海龙2
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摘要：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，大力推进城市轨道交通建设。地铁供电设备的正常运行，往往肩负着城市的主要运载任务，因此地铁供电系统的正常运行极为重要。本文通过对供电系统馈线保护的分析和研究，并结合地铁供电系统特点在常见保护类型中提出了增设后备保护的建议，合理优化系统设备的保护类型，对保证地铁安全运行具有参考意义。
关键词；馈线保护配置；地铁供电；供电线路；轨道电气自动化
1.城市轨道交通系统的组成
城市轨道交通电力牵引系统一般为直流供电系统，电能从区域变电所经过高压输电线路传输到交流牵引变电所，降压后给直流变电所供电，再经过直流变电所整流后，经过直流馈线、接触网输送给电客车，再经过钢轨、回流线流回到直流牵引变电所。
2.直流馈线保护简介
在城市轨道直流牵引供电系统中，保护主要依靠直流开关设备即直流断路器进行保护。按功能划分，直流断路器可以分为整流器回路断路器和馈线回路断路器，整流器回路断路器主要功能为控制和保护整流器侧直流输出，当整流器故障时能快速切断整流器的直流输出；直流馈线回路断路器，主要控制和保护对接触网的牵引供电的馈线，当发生变电所近端电缆、接触网接地等故障时则保护动作。直流馈线保护主要是通过测量电压、电流等参数，并设置一定的动作条件，利用逻辑分析判断是否需要断路器动作，从而切除故障，保护电气自动化设备。
3.供电系统常见馈线保护分析
3.1直流速断保护
直流速断保护，是地铁供电设备最常见的馈线保护类型，其基本原理为在短路电流达到电流峰值之前立即切断，以免对线路造成巨大的损坏，属于基于电流幅值的保护。直流速断保护对接触网近端短路故障较灵敏，主要是防止接触网对钢轨、架空地线短路等正极直接接地的短路故障，因此常用于接触网近端短路故障的保护，主要依靠直流快速断路器本身的大电流脱扣保护使断路器跳闸。此外，大电流脱扣保护的整定值应该躲开高峰运行时馈线可能出现的最大电流，以避免造成误操作影响电客车正常运行。
3.2DDL保护（电流上升率及电流增量保护）
DDL保护是通过和△I保护互相配合来实现保护功能的。直流牵引的正常电流和故障电流在特征上有明显的区别，故障电流的上升率可达到单列列车启动电流的几十倍甚至上百倍。DDL保护就是根据故障电流和正常工作电流在上升率这一特征上的不同来实现保护功能的。并且在实际应用中，这两种保护的启动条件通常是同一个预定的电流变化率，达到启动条件后，两种保护进入各自的延时，互不影响，一般情况下保护针对的是非金属性短路故障，而△I保护针对中近距离的非金属性短路故障。DDL保护是一种反应电流变化趋势的保护，是一种基于电流变化率和电流增量△I的保护，一般作为直流牵引网末端短路的主保护。DDL保护既能切除近端短路电流，也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障。
3.3热过负荷保护
热过负荷保护作为电流变化率的辅助保护，对断路器、供电线路（电缆和接触网）等提供过载保护。当直流线路处于过负荷状态时，即使没有发生任何短路故障发生，可能会由于线路的老化、环境的恶劣等使接触线或进线电缆的温度也会上升。当热过载电流流过时，虽然不至于引起巨大的破坏，但长久下去产生的热量可能会超过某些薄弱设备所承受的发热量，从而可能导致供电导体尤其是接触网软化，引起设备不同程度的损坏，热过负荷保护对这类型故障起到很好的防范作用。
3.4OPVD保护
直流牵引供电系统的电流是通过钢轨再回流到变电所内，而OPVD保护则是一种以轨道电压为参考的保护装置。OPVD保护是当检测到轨道对地的电压超过或等于一个设定值时，过压保护装置动作并通过由它提供的一个低阻抗导体将阻抗和地连接起来。
当通过连接道题的电流小于整定值时，过压保护装置复归；当通过连接导体的电流大于或等于延时定时值，但小于速动设定值时，OVPD延时动作，当电压大于或等于速动设定值时，OVPD瞬时动作。在直流供电系统中，OVPD保护用来作为降低轨道电压的一种重要手段，避免由于机车通过时，电力机车工作电流过大而引起的瞬间轨道过电压，以确保轨道电压低于整定值，从而保证人员、设备的安全。
3.5自动重合闸保护
使用自动重合闸的目的是为了在瞬时性故障消除后使线路重新投入运行，从而在最短的时间内恢复整个系统的正常运行状态。对于直流牵引系统，经常会发生短路而使过流脱扣器经常动作，例如接触网绝缘子闪络、异物瞬时搭接等故障。但这些大部分短路故障是短暂的，所以使用自动重合闸系统可提高系统的可靠性。断路器每隔一段时间（时间长短可调节）重合闸一次，如果重合闸的次数超过预定的次数，合闸仍不成功，则认为是永久性故障，闭锁重合闸回路。
4.地铁供电系统的保护配置优化方案
根据前面的分析，为更好地保障轨道电气自动化设备运行及人身安全，建议地铁供馈线保护方案中除了电流速断保护及DDL保护等常见保护类型中再合理选择以下保护作后备保护：
（一）DTM保护（定时限过流保护）
DTM保护（定时限过流保护）是一种基于电流幅值的保护，与直流速断保护相比，而DTM保护的整定值一般较低，但时限较长，因此启动时不需要高于高峰期列车启动最大电流，而是靠延时来区分故障电流和机车启动电流，其缺点是不能快速切断故障电流，可一般可选作设备的后备保护。
（二）纵联差动保护
纵联差动保护利用通信通道将保护装置采集的电气自动化信息传送至对端，并将两端的电气自动化量进行比较判断故障是否在保护范围内，从而决定是否动作，因此纵联差动具有很好的灵敏性、快速性、选择性，避免出现误动作，作为后备保护使用。
（三）双边联跳保护
接触网供电一般采用双边供电的形式进行，而当某所变电所出现问题退出运行时，则采用越区供电的形式进行工作。在正常双边供电时，如果有短路情况发生，则距离短路点较近变电所A的馈线保护的di/dt瞬时保护或速断保护先动作，同时向本站联跳装置发一个跳闸信号，并通过站间联络向另一变电所联跳装置发送跳闸信号，较远变电所B经过一段延时，通过di/dt延时保护或过流保护也动作，但是比联跳装置的跳闸信号先动作，因此双边联跳保护作为后备保护非常适应地铁行业双边供电的运行模式。
（四）低电压保护
低电压保护的整定值和延时整定值必须考虑列车的运行情况，例如最大负载下列车的启动电流和启动持续时间。
连续测量远离电源点的压降，当发生短路故障时，直流输出电压迅速下降很多，如果小于，则保护启动，若设定了延时整定值，则在该整定时间内弱若一直保持小于，则保护启动，断路器分闸。因此低电压保护一般与其他保护形式互相配合，不作为单独的保护使断路器跳闸，可作为电流上升率保护的后备保护。
（五）电压降保护
电压降保护主要是通过连续测量馈线的电压和电流，计算出阻抗值，通过阻抗值以及馈线电流电压值来判别跳闸，从而对远距离故障造成的低阻抗状态进行跳闸保护。阻抗的设定值一般选为最高阻抗值，比保证列车
的启动电流不使断路器跳闸，而对于远距离故障造成的低阻抗必须能使断路器跳闸。
参考文献；
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