城市轨道交通配电系统层级保护整定配置方法

城市轨道交通配电系统层级保护整定配置方法

王华

贵阳市交通投资运营集团有限公司运营分公司  贵州  贵阳  550000

摘要：当前我国城市轨道运输中，由于线路间的保护层次比较高，保护整定方式不够规范，经常出现过多的跳闸、误动作等问题，给轨道交通的安全、稳定带来很大的冲击。在此基础上，提出了一种基于分层结构的配电网分级保护的整体优化配置方案。将保护整定的计算公式进行了形式化，便于在其它有关方面推广。

关键词：城市轨道交通；配电系统；保护整定

一、城市轨道交通典型供电方案

在典型的地下电力供应体系的规划中，按照电力需求和长度，采用一种特殊的主变电所，在主干线上有两条单独的馈线，然后由一条中压环网线将主变电所与牵引变电所、牵引降压混合所、单相降压变电所相连；由于电网的供电范围比较大，所以一般都是35 kV，然后经过35/0.4 kV的变压器，转换成380 V和220 V的电力。

二、城市轨道交通典型供电方案所存在的主要问题

地铁系统中往往包含着大量的负载，由于不同的负载特性，不同的功率，不同的接入方式，会导致不同的输入和故障，从而导致线路的误动作和拒绝动作，而根据地铁运行的反馈，地铁线路经常会出现非选择性跳闸现象。由于变压器的中压保护、变压器低压总保护、馈线开关的长延时保护曲线、反时限保护曲线、变压器过载曲线等，都存在着很大的困难。对于低压系统的内部，当对部分较长的配电线路进行保护时，如果设置的电压高，则无法对线路的终端起到保护作用，如果电压过低，则很难与下一次切换。由于各个阶段的整定值都有问题，当发生故障时，往往会发生保护开关的越级跳闸或误操作。相反，如果导线截面较小，距离较长，则会产生较大的防护敏感性，进而产生拒绝动作，这将对地铁的正常运行产生一定的影响。综上所述，目前的供电、配电系统中，对保护结构的设定和调整还存在着许多问题和误解。

三、层级保护整定配置方法

1.第五层：变电所0.4kV进线开关

通常都设有短时短路保护；在短路瞬动保护打开后，可实现完全的选择性，并可采用短路瞬间保护。短延迟整定电流Iset2应该避免在短时间内发生的负载峰值，也就是：Iset2≥Krel2[IstM1+IC(n-1)]。Krel2是可靠性系数；IstM1通常是在站内两个同时起动的隧道风机启动电流表；IC（n-1）是计算出所有负荷的电流，但不包括两个隧道通风机。Iset2应该避开短期内的峰值电流。在正常工作条件下，因变压器负载比低，短期内的峰值电流小于母线断路器的1.2倍；所以，在最极端的情形下，如果变压器在这个时候出现了火灾，那么在这个区域里，所有的一、二负荷都会由一个变压器来承受，另外两个通道的风机也会被激活。在设定短路瞬动保护的情况下，瞬动保护整流（Iset3）应避开邻近较低单元终端短路时的最大三相短路电流，并采用0.4kV母线的两相短路电流进行检验，也就是说，必须满足（2）和（3):Iset3≥Krel*I3k3.max（2）。I3k3.max是在最大工作模式下邻近单元的三相短路电流。Ksen=I22k2.min/0≥1.2(3)Ksen是敏感系数；I22k2.min是变压器在最低工作模式下的两相短路电流。0.4kV进线开关采用独立的接地故障保护装置，其整定电流必须符合灵敏度的规定。

2.第四层：变电所0.4kV母联开关

0.4kV母联机的短延时保护整定电流和整定时间都要与0.4kV进线开关的短延时保护相结合。在此基础上，0.4kV进线开关的短延调整时间应该大于0.4kV母联接开关的短延调整时间，通常大于100毫秒；0.4kV的进线开关统一采用400毫秒，而母线开关则统一采用300毫秒。

T=T0+T1(5),T0是0.4kVPLC的“主设备自投延迟开始时刻”；T1是0.4kVPLC“母线开关的闭合延迟”，T0是5。5秒，T1用1秒表示。

T’=T+T2(6)，其中T2是“PLC发送/接收信号和相应的切换操作”所花费的时间大约是0.1至0.3秒。

T”=T’+T3(7),T3是通信传送引起的时间错误，也就是“在控制中心的综合监视系统或者集成工业计算机上的事务显示界面上的时间和真实的时间的比较”，在±0.5到0.8秒之间。

3.第三层：变电所0.4kV馈线开关

在短路防护中，通常采用的是短时和短时的短时和瞬间的短时。在短时保护中，通常采用短时短时防护和地线故障防护，当短时防护无法达到规定的情况下，可以采用独立的接地保护。Isetg=Ik3/1.3 (8), Isetg=Ik3/1.3 (8), Isetg是接地故障的总电流，Ik3是指本馈线的终端短路电流。同时具有接地保护功能的短时短时和独立的接地保护必须符合 Isetg< Id/1.3 (9), Id为馈线的终端的单相地故障。

0.4 kV线路的短路短路保护的整定电流和整定时刻应该与0.4 kV输入线路的短延时防护配合使用。0.4 kV馈线的短延调整时间应该大于0.4 kV馈线的短延调整（最小的延迟），通常0.4 kV的短延调整时间为300 ms。0.4 kV输电线路的短延调整时间通常与0.4 kV母线路的短延调整时间（都是300毫秒），因此，提高两个电压等级之间的电压等级差异是必要的。

4.第二层：动力照明第一级配电箱0.4kV进线开关

短路防护：采用电子解锁机设定的短时延迟和瞬间的短路；热磁性松开装置具有磁性防护功能。短时调整电流Iset2应该避免在较短的时刻发生的负载峰值，也就是：Iset2≤Krel2 [IstM1+ IC (n-1)](10)，在这里，Krel2是可靠性因子；IstM1是一条线上最大马达的起动电流；除了具有最大起动电流的马达之外， IC （n-1）是一种线性负荷电流。瞬间和磁性保护的整流（Iset3）应该避开分配线的峰值，也就是Iset3≤Krel3 [I’stM1+ IC (n-1](11),Krel3是可靠度，从1.1到1.2；I’stM1是一条直线上最大的一种电机的全启动电流，该电压包含一个周期成分和一个不周期成分，其数值是电机的两次启动；除了具有最大起动电流的马达之外， IC （n-1）是一种线性负荷电流。在软启动器没有失效的条件下，隧道式风机不管在不在火警条件下都是用软起动机起动的，所以在选择带有软启动器的电动机时，要根据不同的站点选择最大的起动机。

接地保护：可以独立设置接地故障，也可以采用短时延时和磁力保护。接地保护的整定电流必须符合灵敏度的规定。

0.4kV输电线路开关的短延调整时间应该大于电力照明1号配电箱0.4kV进线开关的较短延时调整时间△t（最小的时间级差值）。调整电流的最小值应该是1.2~1.3。瞬动数值最小为1.25~1.4倍。

5.第一层：动力照明第一级配电箱馈线开关

短路保护：采用电子跳闸装置，提供短时短路保护和暂时性保护；热磁性松紧器（包括单磁式松紧器和微型断路器）具有磁性保护功能。接地保护：全部采用短时短路保护，磁保护兼作接地保护。调整电流必须符合（9）方程式。

变电站馈线开关的短延迟整定电流应与对应的动照一级箱柜的最大馈线开关的瞬动电压（磁力保护）相匹配。

参考文献：

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