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前言
随着我国经济的快速增长，城市扩张的速度不断增加，城镇车辆数目的不断增加，城市交通压力越来越大。地铁因其无污染和节省土地等等的优点逐渐为广大中大型城市接受，并且成为了解决当下城市交通运输拥挤的最佳方案。直流供电控制和保护作为地铁直流牵引供电系统的核心部分，研制一种高性能和可靠的直流保护对促进地铁的长久发展具有重要作用。本文将简要介绍地铁直流保护要求和直流设计要点，在此基础之上探讨地铁直流牵引系统馈线的保护技术。
一、保护要求
地铁直流牵引供电系统的设备构成，运行方式和继电保护配置都会直接影响车辆的运行效率。一般而言，地铁直流牵引系统中馈线的保护方式主要可以分为电流类保护电压类保护方式，框架类保护方式和其他保护方式，不同的保护方式又包含不同的保护方法。同时，值得注意的是对地铁直流牵引系统馈线的保护方式往往不是单单的一种保护方式，大多数情况下是几种保护方式的共同使用。现阶段使用最为广泛的就是以电流类保护为主，以电压类保护为辅。
地铁牵引供电系统在运行期间可能会出现多种不同的故障或者是不正常的运行状态，其中出现频率最多，危害最大的就是线路短路故障。一旦地铁牵引直流供电系统在运行期间发生线路短路就会使线路中的电路急剧增大，电压快速降低这种情况会使整个的供电系统产生紊乱，产生巨大的危害。基于地铁运行期间的多种故障和可能发生的不正常运行状态，对地铁直流牵引供电系统进行保护就必须做到：
（一）保护直流供电系统免受故障或其他不正常运行状态动作的应该迅速，敏捷且可靠性性高。
（二）保护措施能够满足不同的供电线路和供电方案。
（三）能够智能识别故障电流和牵引电流以及主要保护措施和辅助保护措施。
二、设计要求
如上所述，地铁直流牵引供电系统现阶段主要采用以电流保护为主，以电压保护为辅的保护措施，且地铁直流保护中要求保护措施能够根据功能和系统的运行状态将直流断路器划分为整流器回路断路器和馈线回路断路器。要求能够智能识别整流器回路断路器和馈线回路断路器的原因在于两者在整个的供电系统中承担着不同的责任。直流馈线回路断流器的主要作用是对馈线侧的牵引供电系统进行控制，整流器回路断流器的主要作用是对整流器侧的直流输出进行控制和保护。基于整流器回路断流器和直流馈线回路断流器的基本作用和运行要求，地铁牵引直流供电系统设计时应该注意：
（一）地铁在运行过程中如果出现跳闸问题则会使地铁运行经过接触网分段时在冲击电流的作用下产生电流，电压过大等影响，因此，在进行地铁牵引直流供电系统设计时应该尽量避免系统跳闸的影响。
（二）加强各类保护之间的有机联系和有效配合以实现有效消除直流系统出现短路和其他运行故障。
（三）加强特殊故障下的保护，地铁在运行中可能发生多种不同发故障，其中包括常规故障，也含有较多的特殊故障如屏蔽门与接触网的短路问题等，因此，在进行地铁牵引直流供电系统设计时，应该注意和分析特殊故障的保护。
三、馈线保护技术
（一）大电流脱扣保护
短路电流作为地铁牵引供电系统发生频率最高，危险最大的故障，一旦发生将会对供电系统产生巨大的危害。因此，在进行馈线保护时首先就要避免电路短路故障。大电流脱扣保护装置是本身就存在于直流馈线回路断路器里面的固有保护措施。当供电系统发生接触网近端短路或者其他故障时，断路器就会依靠自身存在的大电流脱扣装置自动，迅速跳闸，从而达到保护馈线的目的。
大电流脱扣保护的基本原理可以用如下的公式表示：Idz> kIdmin，其中K为可靠性系数，Idz为被保护供电系统的最大脱扣保护动作电流，Idmin为短路电流最小的保护动作电流。从上面的公式不难看出，当直流断路器检测到线路中的瞬时电流大于允许电流值时就会立马做出脱扣动作立马跳闸。这种保护技术大多适用于速度非常快的近端短路故障。
（二）过流保护
直流馈线保护系统根据过流保护动作的时间可以分为无延时过流保护和延时过流保护，两者最大的区别就是有没有设定动作延时值。无延时过流保护不设定动作延时值，其基本作用原理和大电流脱扣保护原理相似，一旦检测到系统的电流高于运行时允许的定值时，馈线开关立马做出反应。其整个的保护时间和反应时间都较短。
延时过流保护的电流定值相对于无延时过流保护定值小，但其动作时限较长。一般情况下，延时过流保护应满足以下条件：i> idtm且t>T0，其中T0为延时定值。该种对馈线的保护措施实际上是保护控制单元预先确定的idtm和T0值。其中最为关键的就是对idtm的设置，一般情况下，可以采用分别设定idtm正负值的方式设定其值。用负值表示地铁再生状态时，由于供电系统发生短路故障而使馈线柜流过的反方向电流。从公式可以看出，当供电系统内的电流在规定的时间内超过其允许的最大电流值时，继电保护装置就会立马做出反应，产生跳闸并清除故障。
（三）电流上升率保护
电流上升率保护技术是地铁直流牵引系统馈线保护技术的两种最常用的保护技术之一。这种保护技术的启动条件通常都设定为一个电流上升率值，当进入到其延时阶段时就会产生保护动作。一般而言，电流上升率保护主要适用于远距离的非金属性的短路故障。这种保护技术产生保护动作的条件可以用如下公式表示：di/dt>Fdi/dt且t>Ti，其中di/dt为电流上升率，Fdi/dt为设定的保护动作启动值，Ti为保护动作延时值。
从该公式中不难看出，在地铁运行过程中，继电保护装置需要对电流的上升率进行不间断的检测，但检测的电流上升率大于设定的保护动作启动值时，启动保护动作。同时，需要注意的是，在延时阶段内的整个电流上升率都高于设定的保护动作启动值时才能够启动保护动作，否则保护就要返回。
（四）电流增量保护
电流增量保护技术是地铁直流牵引系统馈线保护技术的另外一种常用的保护技术。这种保护技术和电流上升率保护一样，启动条件通常都设定为一个电流上升率值，当进入到其延时阶段时就会产生保护动作。这种保护技术主要应用于中近距离的非金属性短路故障。这种保护技术保护动作发生的条件应该满足：di/dt>Fdi/dt，Δi=i-i1>ΔI且t>TΔi，t′>T。
使用该种馈线保护技术需要注意的是电流上升率保护措施启动的同时电流增加率保护也进入到了保护延时阶段。其电流增加量的计算机准应该是电流增加量保护措施启动时的电量，电流上升量必须在预先规定的延时时间内始终高于基准量才会启动保护措施。
结论
地铁牵引直流供电系统馈线保护技术还有很多，如欠压保护，过压保护，双边连跳保护技术等等，在此由于篇幅的限制不做详细说明。在实际运用中，对于一个特定的直流供电系统应该根据具体的实际情况和相关的影响因素选择适合该条件下的地铁直流牵引供电系统馈线保护技术。
（作者单位：福州市城市地铁有限责任公司）
随着我国经济的快速增长，城市扩张的速度不断增加，城镇车辆数目的不断增加，城市交通压力越来越大。地铁因其无污染和节省土地等等的优点逐渐为广大中大型城市接受，并且成为了解决当下城市交通运输拥挤的最佳方案。直流供电控制和保护作为地铁直流牵引供电系统的核心部分，研制一种高性能和可靠的直流保护对促进地铁的长久发展具有重要作用。本文将简要介绍地铁直流保护要求和直流设计要点，在此基础之上探讨地铁直流牵引系统馈线的保护技术。
一、保护要求
地铁直流牵引供电系统的设备构成，运行方式和继电保护配置都会直接影响车辆的运行效率。一般而言，地铁直流牵引系统中馈线的保护方式主要可以分为电流类保护电压类保护方式，框架类保护方式和其他保护方式，不同的保护方式又包含不同的保护方法。同时，值得注意的是对地铁直流牵引系统馈线的保护方式往往不是单单的一种保护方式，大多数情况下是几种保护方式的共同使用。现阶段使用最为广泛的就是以电流类保护为主，以电压类保护为辅。
地铁牵引供电系统在运行期间可能会出现多种不同的故障或者是不正常的运行状态，其中出现频率最多，危害最大的就是线路短路故障。一旦地铁牵引直流供电系统在运行期间发生线路短路就会使线路中的电路急剧增大，电压快速降低这种情况会使整个的供电系统产生紊乱，产生巨大的危害。基于地铁运行期间的多种故障和可能发生的不正常运行状态，对地铁直流牵引供电系统进行保护就必须做到：
（一）保护直流供电系统免受故障或其他不正常运行状态动作的应该迅速，敏捷且可靠性性高。
（二）保护措施能够满足不同的供电线路和供电方案。
（三）能够智能识别故障电流和牵引电流以及主要保护措施和辅助保护措施。
二、设计要求
如上所述，地铁直流牵引供电系统现阶段主要采用以电流保护为主，以电压保护为辅的保护措施，且地铁直流保护中要求保护措施能够根据功能和系统的运行状态将直流断路器划分为整流器回路断路器和馈线回路断路器。要求能够智能识别整流器回路断路器和馈线回路断路器的原因在于两者在整个的供电系统中承担着不同的责任。直流馈线回路断流器的主要作用是对馈线侧的牵引供电系统进行控制，整流器回路断流器的主要作用是对整流器侧的直流输出进行控制和保护。基于整流器回路断流器和直流馈线回路断流器的基本作用和运行要求，地铁牵引直流供电系统设计时应该注意：
（一）地铁在运行过程中如果出现跳闸问题则会使地铁运行经过接触网分段时在冲击电流的作用下产生电流，电压过大等影响，因此，在进行地铁牵引直流供电系统设计时应该尽量避免系统跳闸的影响。
（二）加强各类保护之间的有机联系和有效配合以实现有效消除直流系统出现短路和其他运行故障。
（三）加强特殊故障下的保护，地铁在运行中可能发生多种不同发故障，其中包括常规故障，也含有较多的特殊故障如屏蔽门与接触网的短路问题等，因此，在进行地铁牵引直流供电系统设计时，应该注意和分析特殊故障的保护。
三、馈线保护技术
（一）大电流脱扣保护
短路电流作为地铁牵引供电系统发生频率最高，危险最大的故障，一旦发生将会对供电系统产生巨大的危害。因此，在进行馈线保护时首先就要避免电路短路故障。大电流脱扣保护装置是本身就存在于直流馈线回路断路器里面的固有保护措施。当供电系统发生接触网近端短路或者其他故障时，断路器就会依靠自身存在的大电流脱扣装置自动，迅速跳闸，从而达到保护馈线的目的。
大电流脱扣保护的基本原理可以用如下的公式表示：Idz> kIdmin，其中K为可靠性系数，Idz为被保护供电系统的最大脱扣保护动作电流，Idmin为短路电流最小的保护动作电流。从上面的公式不难看出，当直流断路器检测到线路中的瞬时电流大于允许电流值时就会立马做出脱扣动作立马跳闸。这种保护技术大多适用于速度非常快的近端短路故障。
（二）过流保护
直流馈线保护系统根据过流保护动作的时间可以分为无延时过流保护和延时过流保护，两者最大的区别就是有没有设定动作延时值。无延时过流保护不设定动作延时值，其基本作用原理和大电流脱扣保护原理相似，一旦检测到系统的电流高于运行时允许的定值时，馈线开关立马做出反应。其整个的保护时间和反应时间都较短。
延时过流保护的电流定值相对于无延时过流保护定值小，但其动作时限较长。一般情况下，延时过流保护应满足以下条件：i> idtm且t>T0，其中T0为延时定值。该种对馈线的保护措施实际上是保护控制单元预先确定的idtm和T0值。其中最为关键的就是对idtm的设置，一般情况下，可以采用分别设定idtm正负值的方式设定其值。用负值表示地铁再生状态时，由于供电系统发生短路故障而使馈线柜流过的反方向电流。从公式可以看出，当供电系统内的电流在规定的时间内超过其允许的最大电流值时，继电保护装置就会立马做出反应，产生跳闸并清除故障。
（三）电流上升率保护
电流上升率保护技术是地铁直流牵引系统馈线保护技术的两种最常用的保护技术之一。这种保护技术的启动条件通常都设定为一个电流上升率值，当进入到其延时阶段时就会产生保护动作。一般而言，电流上升率保护主要适用于远距离的非金属性的短路故障。这种保护技术产生保护动作的条件可以用如下公式表示：di/dt>Fdi/dt且t>Ti，其中di/dt为电流上升率，Fdi/dt为设定的保护动作启动值，Ti为保护动作延时值。
从该公式中不难看出，在地铁运行过程中，继电保护装置需要对电流的上升率进行不间断的检测，但检测的电流上升率大于设定的保护动作启动值时，启动保护动作。同时，需要注意的是，在延时阶段内的整个电流上升率都高于设定的保护动作启动值时才能够启动保护动作，否则保护就要返回。
（四）电流增量保护
电流增量保护技术是地铁直流牵引系统馈线保护技术的另外一种常用的保护技术。这种保护技术和电流上升率保护一样，启动条件通常都设定为一个电流上升率值，当进入到其延时阶段时就会产生保护动作。这种保护技术主要应用于中近距离的非金属性短路故障。这种保护技术保护动作发生的条件应该满足：di/dt>Fdi/dt，Δi=i-i1>ΔI且t>TΔi，t′>T。
使用该种馈线保护技术需要注意的是电流上升率保护措施启动的同时电流增加率保护也进入到了保护延时阶段。其电流增加量的计算机准应该是电流增加量保护措施启动时的电量，电流上升量必须在预先规定的延时时间内始终高于基准量才会启动保护措施。
结论
地铁牵引直流供电系统馈线保护技术还有很多，如欠压保护，过压保护，双边连跳保护技术等等，在此由于篇幅的限制不做详细说明。在实际运用中，对于一个特定的直流供电系统应该根据具体的实际情况和相关的影响因素选择适合该条件下的地铁直流牵引供电系统馈线保护技术。
（作者单位：福州市城市地铁有限责任公司）