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摘要：地铁供电系统在地铁工程中发挥着重要的作用，是非常关键的机电设备系统，它的安全运行不仅可以保证地铁列车顺利通行，还能保障各种辅助设备供电的可靠性。因此要重视地铁供电系统保护合理、规范、准确的配置，使其满足保护的速断性、可靠性、选择性、灵敏性的要求，加强对地铁供电系统继电保护的研究，为地铁供电系统的安全性提供了保障，具有重要意义。本文首先分析了地铁供电系统的特点，然后介绍了继电保护在地铁继电保护中的作用，接着以某地铁供电系统实例，分析了直流牵引供电系统△I保护动作特性和电力变压器保护，最后阐述了地铁供电系统的保护配置优化方案。
关键词：地铁供电系统；继电保护；直流牵引；变压器；优化方案
中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着社会的不断进步和经济的快速发展，我国城市化进程也在不断深入，城市轨道交通的建设也进入高峰期，人们越来越重视对地铁供电系统的继电保护研究。由于我国的轨道交通拥有广阔的市场，具有非常良好的发展前景，因此对地铁供电系统继电保护方案的研究，变得非常迫切和重要。
2 地铁供电系统的特点
目前，在我国广大城市的地铁供电系统具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，按照功能的不同，它可分为四个部分，分别是：外部电源、牵引供电系统、主变电所或电源开闭所、动力照明供电系统。由于地铁供电系统中每段供电线路不超过4km，各配电站之间距离很短，因此要保证主变压器容量可以承担全线牵引负荷及全线动力工、Ⅱ级负荷的供电要求，还可以满足本变电站所辖区域高峰时的负荷要求，这样就需要采取合适的继电保护配置方案，使其能够充分发挥功能，才能避免地铁供电系统发生故障，保障供电系统正常运行。
3 继电保护在地铁供电系统中的作用
3.1 继电保护装置
继电保护装置是一种自动装置，主要是用于开关跳閘或发出信号的，能反应供电系统电气设备发生的故障或不正常工作情况。继电保护装置的基本构成有三部分，分别是：(1)测量部分：测量被保护设备输入的有关信号，并与给定的整定值进行比较，从而反映被保护设备的工作状态(正常、非正常、故障)。(2)逻辑部分：根据各测量元件输出量的大小，性质，组合方式或出现次序，判断被保护设备的工作状态，以确定被保护装置是否应该动作。(3)执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。
3.2 继电保护的基本任务
继电保护的基本任务有：(1)发生故障时，自动地，迅速地，有选择地借助断路器将故障设备从供电系统中切除，以保证系统无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障设备免于继续遭受破坏。(2)反应电气设备的不正常工作情况，根据不正常工作情况的种类，自动发出信号，由值班人员及时发现和采取必要措施。反映不正常工作情况的继电保护，一般不需要立即动作，通常允许带一定延时。(3)继电保护与自动重合闸等自动装置相配合，可以在输电线路发生瞬时性故障时，迅速恢复故障线路的正常运行，自动投入备用设备。
4 某地铁供电系统分析实例
某地铁供电系统中，以其中的110kV新村路站供电系统作为分析实例，调查其所辖区域内的具体情况。新村路站装设了一台变压器，主要用于对新村路站和沿线的A站、B站、C站的配电变电站供电，其型号为110／35 kV，具体的线路及变压器参数见表1和表2：
表1 新村路站主变压器所辖各段线路参数
表2新村路站主变压器所辖配电变压器参数
5 直流牵引供电系统△I保护动作特性
根据上述实例，该地铁供电系统采取的是直流牵引供电系统，为了保证供电系统的可靠运行，及时准确地反映故障，采取的方案是以纵联差动保护为主保护、多种保护做后备保护。但这种方案，由于接地变压器的接地电阻阻值过大，再加上过流保护定值不满足要求，造成零序电流保护误动，从而造成部分负荷失电，扩大了停电范围。由此可知，当在保护线路近端时，该直流牵引供电系统容易发生短路故障，使用保护装置检测到的电流变化量为△I。在新村站的直流牵引供电系统保护装置中，可以检测到如果设定值 (A点)小于电流变化斜率△I(di／dt)，这时候装置开始自动计算。而如果△Id大于设定值，这样就造成在计算过程中测量到的电流上升斜率di／dt的值持续小于整定的△Idu(di／dt)时间、小于△I(di／dt)的时间宽度，使得隔离系统故障，保护装置发出跳闸信号(B点)，保证了系统的安全运行。
6 电力变压器保护
对于新村路站110kV主变压器，在进行地铁供电系统变压器保护时，要加强对电流速断保护、过电流保护、反时限过电流保护等的研究，使其满足灵敏性、时限性的要求。由于容量较小，不宜采用纵联差动保护，可将其作为后备保护。以A站变压器保护为例，使用的电力变压器等级为35／10kV，后备保护可采用电流速断保护作为主保护，过电流保护、零序过电流保护、反时限过电流保护。
电流速断保护的整定方法是需要严格按照躲过变压器二次侧最大三相短路电流来整定的，继电器动作电流公式为：
Id1=(Kk×Id2)/(Tr×n)，
式中：可靠系数Kk=1.2，动力变变比Tr=35kV /0.4kV=87.5，流互变比n，动作时限：0s。零序过电流保护的整定方法是按照50%变压器额定电流整定，以提高保护的灵敏度。整定公式为：
Id1=(0.5×Ieb)/n，
动作时限为250～300ms。反时限过电流保护的整定方法：选择正确的反时限类型保护曲线，选取1．2倍变压器额定电流作为反时限保护起动电流Ip，公式为：Ip=(Kk×Kgf×Igb)/(Kf×n)，
式中：Kk=1.2，过负荷系数Kgf=1.2，返回系数Kf=0.9。
7 地铁供电系统的保护配置优化方案
根据前面的分析，在保证该地铁供电系统正常运行的情况下，可采用的继电保护优化方案如下：(1)在继电保护方案中需要考虑介入区域供电，使得过电流保护延时不必太长，还可以改变电站的接线方式，使得两侧互为备用。(2)为了满足速动性，选择性，灵敏性和可靠性的要求，接地保护采用以零序过电流保护作为后备保护，分相电流差动保护作为主保护。(3)主保护采用纵联差动保护，后备保护采用过电流保护，这样可以保证时限配合和灵敏度满足要求。(4)由于该地铁直流牵引供电系统沿途经过的负载比较多，因此使用低电压连锁的过电流保护，可以避免造成系统电压降低的情况，大大提高了继电保护的选择性。
8 结语
综上所述，地铁供电系统的安全运行与乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等有着非常密切的联系，我们要加强对其继电保护方案的研究，选择合适的优化保护配置方案，根据电流增量动作特性和电力电压器的相关内容，从而保障了供电系统的安全运行。
参考文献
[1] 丁丽娜.地铁直流牵引供电系统馈线的保护方法[J].供用电.2004，（06）：25-26.
[2] 曹毅峰.牵引变电所集成保护方案研究[D].西南交通大学.2010：45-46.
[3] 邰能灵，冯希科.分布式电源对配电网自动重合闸的影响研究[J].电力科学与技术学报.2010，（01）：89-90.
[4] 施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用[J].供用电.2011，（04）：67-68.
[5] 王薇，叶远波.220 kV线路保护与断路器逻辑回路协调应用研究[J].安徽电力.2008，（03）：22-23.
关键词：地铁供电系统；继电保护；直流牵引；变压器；优化方案
中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着社会的不断进步和经济的快速发展，我国城市化进程也在不断深入，城市轨道交通的建设也进入高峰期，人们越来越重视对地铁供电系统的继电保护研究。由于我国的轨道交通拥有广阔的市场，具有非常良好的发展前景，因此对地铁供电系统继电保护方案的研究，变得非常迫切和重要。
2 地铁供电系统的特点
目前，在我国广大城市的地铁供电系统具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，按照功能的不同，它可分为四个部分，分别是：外部电源、牵引供电系统、主变电所或电源开闭所、动力照明供电系统。由于地铁供电系统中每段供电线路不超过4km，各配电站之间距离很短，因此要保证主变压器容量可以承担全线牵引负荷及全线动力工、Ⅱ级负荷的供电要求，还可以满足本变电站所辖区域高峰时的负荷要求，这样就需要采取合适的继电保护配置方案，使其能够充分发挥功能，才能避免地铁供电系统发生故障，保障供电系统正常运行。
3 继电保护在地铁供电系统中的作用
3.1 继电保护装置
继电保护装置是一种自动装置，主要是用于开关跳閘或发出信号的，能反应供电系统电气设备发生的故障或不正常工作情况。继电保护装置的基本构成有三部分，分别是：(1)测量部分：测量被保护设备输入的有关信号，并与给定的整定值进行比较，从而反映被保护设备的工作状态(正常、非正常、故障)。(2)逻辑部分：根据各测量元件输出量的大小，性质，组合方式或出现次序，判断被保护设备的工作状态，以确定被保护装置是否应该动作。(3)执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。
3.2 继电保护的基本任务
继电保护的基本任务有：(1)发生故障时，自动地，迅速地，有选择地借助断路器将故障设备从供电系统中切除，以保证系统无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障设备免于继续遭受破坏。(2)反应电气设备的不正常工作情况，根据不正常工作情况的种类，自动发出信号，由值班人员及时发现和采取必要措施。反映不正常工作情况的继电保护，一般不需要立即动作，通常允许带一定延时。(3)继电保护与自动重合闸等自动装置相配合，可以在输电线路发生瞬时性故障时，迅速恢复故障线路的正常运行，自动投入备用设备。
4 某地铁供电系统分析实例
某地铁供电系统中，以其中的110kV新村路站供电系统作为分析实例，调查其所辖区域内的具体情况。新村路站装设了一台变压器，主要用于对新村路站和沿线的A站、B站、C站的配电变电站供电，其型号为110／35 kV，具体的线路及变压器参数见表1和表2：
表1 新村路站主变压器所辖各段线路参数
表2新村路站主变压器所辖配电变压器参数
5 直流牵引供电系统△I保护动作特性
根据上述实例，该地铁供电系统采取的是直流牵引供电系统，为了保证供电系统的可靠运行，及时准确地反映故障，采取的方案是以纵联差动保护为主保护、多种保护做后备保护。但这种方案，由于接地变压器的接地电阻阻值过大，再加上过流保护定值不满足要求，造成零序电流保护误动，从而造成部分负荷失电，扩大了停电范围。由此可知，当在保护线路近端时，该直流牵引供电系统容易发生短路故障，使用保护装置检测到的电流变化量为△I。在新村站的直流牵引供电系统保护装置中，可以检测到如果设定值 (A点)小于电流变化斜率△I(di／dt)，这时候装置开始自动计算。而如果△Id大于设定值，这样就造成在计算过程中测量到的电流上升斜率di／dt的值持续小于整定的△Idu(di／dt)时间、小于△I(di／dt)的时间宽度，使得隔离系统故障，保护装置发出跳闸信号(B点)，保证了系统的安全运行。
6 电力变压器保护
对于新村路站110kV主变压器，在进行地铁供电系统变压器保护时，要加强对电流速断保护、过电流保护、反时限过电流保护等的研究，使其满足灵敏性、时限性的要求。由于容量较小，不宜采用纵联差动保护，可将其作为后备保护。以A站变压器保护为例，使用的电力变压器等级为35／10kV，后备保护可采用电流速断保护作为主保护，过电流保护、零序过电流保护、反时限过电流保护。
电流速断保护的整定方法是需要严格按照躲过变压器二次侧最大三相短路电流来整定的，继电器动作电流公式为：
Id1=(Kk×Id2)/(Tr×n)，
式中：可靠系数Kk=1.2，动力变变比Tr=35kV /0.4kV=87.5，流互变比n，动作时限：0s。零序过电流保护的整定方法是按照50%变压器额定电流整定，以提高保护的灵敏度。整定公式为：
Id1=(0.5×Ieb)/n，
动作时限为250～300ms。反时限过电流保护的整定方法：选择正确的反时限类型保护曲线，选取1．2倍变压器额定电流作为反时限保护起动电流Ip，公式为：Ip=(Kk×Kgf×Igb)/(Kf×n)，
式中：Kk=1.2，过负荷系数Kgf=1.2，返回系数Kf=0.9。
7 地铁供电系统的保护配置优化方案
根据前面的分析，在保证该地铁供电系统正常运行的情况下，可采用的继电保护优化方案如下：(1)在继电保护方案中需要考虑介入区域供电，使得过电流保护延时不必太长，还可以改变电站的接线方式，使得两侧互为备用。(2)为了满足速动性，选择性，灵敏性和可靠性的要求，接地保护采用以零序过电流保护作为后备保护，分相电流差动保护作为主保护。(3)主保护采用纵联差动保护，后备保护采用过电流保护，这样可以保证时限配合和灵敏度满足要求。(4)由于该地铁直流牵引供电系统沿途经过的负载比较多，因此使用低电压连锁的过电流保护，可以避免造成系统电压降低的情况，大大提高了继电保护的选择性。
8 结语
综上所述，地铁供电系统的安全运行与乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等有着非常密切的联系，我们要加强对其继电保护方案的研究，选择合适的优化保护配置方案，根据电流增量动作特性和电力电压器的相关内容，从而保障了供电系统的安全运行。
参考文献
[1] 丁丽娜.地铁直流牵引供电系统馈线的保护方法[J].供用电.2004，（06）：25-26.
[2] 曹毅峰.牵引变电所集成保护方案研究[D].西南交通大学.2010：45-46.
[3] 邰能灵，冯希科.分布式电源对配电网自动重合闸的影响研究[J].电力科学与技术学报.2010，（01）：89-90.
[4] 施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用[J].供用电.2011，（04）：67-68.
[5] 王薇，叶远波.220 kV线路保护与断路器逻辑回路协调应用研究[J].安徽电力.2008，（03）：22-23.