地铁35 kV开关柜光纤差动保护跳闸技术分析

摘  要：针对地铁供电设备故障率较高现象，特选择对地铁35 kV开关柜光纤差动保护跳闸技术展开详细分析。首先对常见地铁供电方式及其优势与不足进行了简要的概括分析，随后探讨了地铁35 kV开关柜光纤差动保护跳闸原因，概述了6种引起跳闸的故障现象，最后结合跳闸原因排查确定故障点，采取针对性处理措施恢复地铁正常供电方式，更好地保障了地铁持续稳定运营，在轨道交通地铁供电领域具有一定的指导意义。

关键词：供电方式;35 kV开关柜;光纤差动保护;故障点

0    引言

如今随着城市交通压力不断增加，地铁运营负载也在不断增加，因此地铁供电系统面临的供电负荷越来越重，导致地铁供电设备出现各种故障问题的概率增高，致使实际维修维护供电设备成本大大增加。通过在地铁供电设备35 kV开关柜中安装光纤差动保护装置，能够更好地保障供电系统正常运行，同时也便于及时进行故障定位、故障记录、故障录波与有效处理，使得地铁能够快速恢复正常供电，保障地铁持续稳定运营。

1    地铁供电方式分析

地铁供电系统主要为电客车、车站及区间的动力照明负荷提供电能，保障地铁安全、可靠、优质运行。依据地铁外部电源供电方式的区别，供电方式一般分为三种[1]：

（1）集中供电方式。在这种供电方式下，通常是在地铁沿线建立一个专门的主变电所，主变电所负责将电网110 kV电压转换成10 kV或35 kV，为地铁电力设备集中供电。该方式通常对于变压器等关键设备有着非常严格的性能要求，其主要优点是更加便于管理控制地铁内部供电系统的电源，为后续的供电设备停电日常维修和应急故障处理也带来诸多便利，不需进行分散线路敷设，使得线路电缆管理便捷，实际运行稳定性高、可靠性强;不足之处是投资成本较高，对线路保护功能要求较为全面[2]。

（2）分散供电方式。在这种供电方式下，通常会在地铁沿线设立电网直接供电的多个开闭所，地铁在运行中的电能需求都是由开闭所提供的，在每个开闭所中，均设置有两路供电电源为地铁供电设备提供电能，双重保障，避免意外发生。该方式优点是能够更好地保障地铁持续稳定运行，即使某个开闭所因故障退出运行，相邻开闭所可通过联络线实现此区域的地铁供电，不会影响到其他线路区域的地铁运行;不足之处是由于开闭所接入口较多，因此实际管理与控制较为复杂。

（3）混合供电方式。在这种供电方式下，通常是将集中供电方式和分散供电方式组合在一起，并以集中供电为主，以分散供电为辅，从而可将上述两种供电方式的优点结合在一起。该方式理论上是一种最佳供电方式，不足之处在于由于其结构非常复杂，实际应用操作比较困难，不利于进行统一管理。由于难度高，该方式目前实际应用比较少[3]。

2    35 kV开关柜光纤差动保护跳闸原因

地铁无论选择上述哪种供电方式下运行，地铁供电设备均是其重要组成部分，一旦高压设备出现故障问题，很有可能会触发35 kV开关柜光纤差动保护装置动作跳闸，而导致光纤差动保护跳闸的原因包含多种[4]：

（1）地铁35 kV开关柜环网电缆击穿、破损或柜内元器件存在引线接头松动、破损、脱落等问题，从而可能导致供电设备间接接地，引发跳闸保护动作;

（2）地铁35 kV开关柜断路器、绝缘子出现损坏或线路因绝缘性能降低出现闪络，同样会引发短路导致跳闸故障;

（3）地铁35 kV开关柜通常配置有电压互感器，一般电压互感器出现故障问题，也会触发光纤差动保护装置引起跳闸保护动作;

（4）地铁35 kV开关柜配置有三工位隔离开关，该装置绝缘子出现损坏问题，也会触发跳闸保护动作;

（5）地铁35 kV开关柜通常与避雷器等设备相连，虽然避雷器具有残压值低、热稳定性好等特点，但若避雷器出现击穿或其他故障，也有可能会触发光纤差动保护装置引起跳闸保护动作;

（6）地铁35 kV开关柜光纤差动保护装置通信质量异常，内部软件数据紊乱，丢包率达40%以上，发送错误信号，同样可能会引发跳闸保护动作。

3    光纤差动保护跳闸处理

地铁35 kV开关柜出现故障触发光纤差动保护装置时，线路光纤差动保护继电器以光纤为通信介质，通过分相比较被保护线路两端电流及相角的差异[5]，结合不同的制动特性，从而快速、有选择性地识别、切除故障，有利于缩小故障影响范围，争取最快时间恢复正常供电方式。

3.1    排查确定故障点

当地铁供电设备出现故障后，一般会产生较大的故障电流，从而触发35 kV开关柜光纤差动保护跳闸，相邻线路或元器件会发出信号，同时故障录波器也会“应声”启动录波功能。

首先需要确定地铁供电电缆的故障点，然后做好电缆修复工作，同时排查35 kV开关柜及相关设备故障点，随后再立足于光纤差动保护装置本身，做好其内部逻辑的检查与缺陷处理，如果相邻线路或元器件保护启动数量比较少，那么实际显示的故障波形通常不会发生较大变化，则很有可能是没有出现故障问题，光纤差动保护存在误动作，但也有可能是其他原因导致的非故障跳闸。因此，仍需要地铁变电所值班员提高警惕，加强巡视检查，在夜间地铁停运断电后进一步排查保护装置具体故障原因。

3.2    针对性处理措施

在实际检查过程中，可以遵循故障点优先原则，先对附近故障点分段启动自投，让非故障元件能够顺利恢复供电处于热备状态，从而有效保持原本的线路运行方式。

如果是环线故障，在光纤差动保护退出后，可以在后备电流保护的帮助下，直接切除故障。同时对于上级环网线路光纤差动保护而言，一般会受到穿越性电流影响，不会触发跳闸保护动作，降低了跳闸概率。而对于Ⅰ段母线或Ⅱ段母线失电情况，可以进行纯无压检定逻辑的设置，迅速启动备自投，保证失电母线快速恢复供电[6]。

与此同时，还应及时确认地铁供电设备上其他断路器是否跳闸，做好合适的供电电源调度，促使其灵敏度得到不断提升，然后尝试重新试送电。如果送电成功，再逐一对停电线路送电;若不成功，还应注意启用备用电源，避免出现地铁停运问题。针对失压的中低压侧设备，可以先恢复供电，尽可能降低故障损失;针对运行中的地铁，先通后复，等地铁停运后再集中力量进行故障处理，以免对地铁正常运行带来不利影响。

除此之外，还应进一步加强环网电缆日常巡检工作，做好绝缘性检查工作，应全面核查相应逻辑闭锁程序，从而更好地保障设备的供电安全。

4    结语

综上所述，地铁在实际运行过程中，通常需要持续稳定的电源供应，一旦地铁供电设备出现故障问题，将会触发35 kV开关柜光纤差动保护装置引起跳闸问题。因此，为保证地铁能够持续稳定运营，需在出现跳闸后及时排查确定故障位置，并采取针对性措施进行处理，从而及时恢复地铁正常供电。

[参考文献]

[1] 左汝杰.地铁供电系统的运行方式及特点分析[J].科技创新与应用，2018（32）：108-109.

[2] 冯劲松.地铁供电系统外部电源供电方式的分析与比较[J].智能城市，2019，5（11）：82-83.

[3] 崔小强.探讨地铁供电系統的供电方式及选择对策[J].智能城市，2019，5（23）：50-51.

[4] 王京浩.地铁供电设备差动保护跳闸技术探讨[J].技术与市场，2019，26（4）：152-153.

[5] 谢军，封建强.查除一例主变差动保护动作原因的启示[J].电子世界，2018（24）：26-27.

[6] 张刚.城市轨道交通大分区中压供电系统保护方案及应用[J].都市快轨交通，2017，30（2）：75-81.

收稿日期：2020-07-03

作者简介：路成强（1993—），男，天津人，硕士研究生，研究方向：轨道交通自动化控制技术。