简析地铁供电系统电流选跳保护及方案优化

李斌冰

摘 要：电流选跳保护是基于计算机和电子信息技术发展而来的一种新型速动保护，当地铁供电系统出现故障问题时，通过对故障信息的分析、判断，实现有选择性的快速跳闸，从而有效防止了问题的扩大化。目前，电流选跳保护方案已经在国内各地区地铁站得到了广泛应用。文章首先概述了电流选跳保护的工作原理，随后对地铁供电系统中保护配置进行了分析，最后在分析电流选跳保护应用优缺点的基础上，提出了具体的优化方案。

关键词：地铁；供电系统；电流选跳保护；方案优化

1 电流选跳保护的工作原理

1.1 环网选跳保护实现原理

线路两侧的进出线均设有电流选跳保护装置，运行中电缆两侧的保护装置各自检测本侧是否有过电流，通过二者之间的光纤通信电缆，将是否有过电流的信号通知给对方。电流选跳保护收到对方的信号后在极短时间内进行逻辑判断，根据线路两端是否同时流过故障电流判断出区内或区外范围故障，确定是否跳闸或闭锁跳闸。

1.2 母线选跳保护原理

当母线发生短路故障时，在与母线连接的所有进出线、馈线只有一路进线存在短路电流，将这些保护装置联网，实现各装置的信息共享或相互“通知”，经过比较、判断，确定故障区段而快速跳闸，实现母线保护功能。

2 地铁中压供电系统及保护配置分析

近年来，国内各地区纷纷投资建设地铁，为了降低地铁综合造价以及环网电缆投资，业内通常采用“大分区”供电方案，为了给地铁运行提供充足的电力，每个分区内变电所的数量也相应增加，从原来的3个增加至6个以上。

2.1 传统保护配置方案

地铁供电系统中压环网每个35（33）kV进、出线传统保护配置方案：光纤线路差动保护为主保护，定时限过电流和零序过电流保护为后备保护。以上保护配置方案可做到对各种常见短路故障的可靠保护，但上述保护配置存在一定的局限性和不足，尤其在大供电分区中显得更为突出。

2.2 传统过电流保护的不足

首先，为了保证母线运行安全，应当严格按照相关的设计要求，在35kV变电所中配置母线保护。但是在实际工作中，出于价格成本考虑，并没有对母线进行专门保护。如图1所示，在这种情况下，电压互感器直接插在母线上，容易出现短路故障，对开关柜母线造成严重的危害。

其次，后备保护中，过流保护的速动性和选择性之间难以做到平衡与协调。在过流保护中，如果要想确保保护动作的快速性，就必须要牺牲选择性。例如，地铁供电系统中的故障源距离变电所越近，那么所产生的短路电流就越大，在这种情况下，应当尽快切断电源。但是在实际运营中，为了保证选择性，过流保护的动作时间超出标准规定，不利于故障问题的及时控制。如图2所示。

3 电流选跳保护的优缺点分析

虽然电流选跳保护结合了信息化技术，但是从本质上来说仍然属于过电流保护，与传统的过流保护相比，电流选跳保护既有自身独特的应用优势，也存在许多亟待改进的地方。

3.1 优点

首先，電流选跳保护能够在故障发生的第一时间，迅速判定故障发生的精确位置，从而有效避免了故障的扩大化。同时，根据信息分析实现选择性跳闸，动作时间一般维持在40ms左右，解决了传统过流保护中速动性与选择性的矛盾。其次，差动保护虽然动作时间与电流选跳保护类似，但是差动保护容易出现光纤信号异常、断路器扭动等问题，而电流选跳保护则具备后备保护功能，即便是出现上述问题，也能够保证正常跳闸动作。再次，电流选跳保护的保护范围具有较强的波动性，不会受到供电分区的大小以及其他因素的影响，满足现阶段大分区环网接线的供电环境。最后，电流选跳保护的覆盖范围较广，除了对环网电缆进行保护外，还能够为开关柜母线提供保护，确保了整个地铁供电系统的安全。

3.2 缺点

第一，电流选跳保护虽然动作较快，但是要想达到启动条件，还需要借助于其他辅助装置。例如，一般状况下只有同时满足“装备故障、信号异常、断路器扭动”三种条件时，才能够启动保护作用，在一定程度上降低了电流选跳保护的可靠性。第二，电流选跳保护的启动电流是根据线路额定负荷电流来确定的，但是在地铁供电系统正常运行条件下，电流值低于最大负荷电流，因此电流选跳保护的灵敏度也要低于差动保护。第三，为了确保变电所内各部分装置之间能够做到信息互通，必须用导线将各个装置进行并联。这就导致整个系统内接线口数量较多，给正常的检修工作带来了困难。

4 电流选跳保护的优化方案

在辩证分析电流选跳保护的优缺点之后，结合实际工作经验，提出了针对电流选跳保护的优化方案，具体如下。

第一，在“大分区”供电系统中，杜绝以往采用单一保护的方案，而是综合各种保护方案的应用优势，实现差动保护、选跳保护以及限流保护的多层次结合。这样一来，能够最大限度的避免单一保护方式所存在的局限性，从而极大的提高了供电系统保护的安全性。第二，由于地铁供电系统较为复杂，因此部分情况下会出现多处故障同时发生的情况。当两处及以上故障同时出现时，处理器通过信息分析和优先级判断，确定优先保护方案，从而首先解决危害性较大的故障问题，随后处理优先级别较低的问题。第三，如果差动装置和通信装置出现问题，则需要选跳保护启动本地断路器跳闸。如果是断路器和差动装置出现问题，则需要由本地选跳保护的后备保护启动上级短路器跳闸。

5 结束语

开展“大分区”环网接线建设是地铁供电系统未来发展的主流趋势，具有建设成本低、系统简单等特点。其中，电流选跳保护作为一种集合了计算机等多种现代科技的地铁供电系统保护方案，能够有效解决传统供电系统中的普遍问题。但是通过实践应用也发现，电流选跳保护由于通讯方式、保护原理等因素的影响，仍然存在一些弊端，需要相关的管理人员结合实际，在综合分析的基础上，不断实现电流选跳保护的方案优化。

参考文献

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