地铁变电系统保护装置选择

袁治国

[摘 要]一线城市交通压力在逐步上升，地面交通工具无法满足当今的交通需求，而地铁则能很好地缓解了地面交通压力，保证城市经济的快速发展。地铁的正常运营需要足够的动力维持，而地铁变电系统的安全可靠运作是动力的保障。

[关键词]地铁；变电系统构成；保护装置

中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0149-01

前言

地铁加装变电系统是当今地铁动力、能源的供应系统，确保地铁所使用的电能安全稳定运作，包括外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流腐蚀防护系统六个重要的部分相互配合共同构成了地铁的整个供电系统。在进行变电系统保护装置选用进应当对系统进行全面的理解，才能做到合理选用。

一、地铁变电系统架构

地铁供电系统的电能主要依赖于不断电源的输入、在地铁的运行中，自身是不能发电的。因此，地铁变动系统的选择就变得很重要。地铁变电系统按照功能可以分为以下组成部分主要是：外部电源，牵引供电体统、主变电所和动力照明系统等等。接下来主要对外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流腐蚀防护系统等进行论述。

（1）地铁的外部电源

外部电源主要是通过外部的城市电网的连接，使用集中式、分散式以及混合式三种不同的供电形式给地铁的主变电所供电。由于在将城市的外部电网与地铁的主变电所相互连接的形式不同，所以在供电效果上也会出现不同的效果。

通过具体的理论研究以及实际的实践，将不同的供电形式所产生的不同的效果归结如下：使用分散式供电能够有效的节约主变电所的使用成本；混合式供电形式主要是通过将一部分的电路连接通过使用集中式的连接形式，另一部分的电路使用的是分散式的连接形式。现阶段我国大部分的地铁外部电源的连接形式使用的是集中式的供电形式。即从城市电网 110kV 侧引入两回电源，按照地铁设计规范要求，至少有一回电源为专线。

（2）地铁变电系统中的主变电所

在现阶段的地铁变电系统的主变电所主要是通过使用集中式的供电方式，将由城市电网引入的 110kV 的交流高压电源，通过主变压器降压为 35kV 或者 10kV 的中压电源。通过 35kV 或者10kV 开关柜馈线输送到正线变电所，为车站设备提供电源，为列车提供牵引动力。一般情况下主变电所有两路进线电源，引自城市电网不同的变电站，同时在中压开关柜设置有母联备自投，当其中一回 110kV 进线失压时由另一回线路带全站负荷。

（3）牵引供电系统

牵引供电系统主要功能是通过地铁中的牵引变电所为列车提供牵引的动力需求，一般的情况下是按照相关的容量进行必要的设置然后并列运行两组牵引整流机组，列车使用的牵引力电源主要是由变压器产生的交流电源、经整流器变为直流电源再通过牵引网提供给列车。牵引供电系统在日常使用中有单边供电系统和双边供电系统两种重要的供电方式。

（4）地铁变电系统的动力照明系统

在地铁的运行过程中为了保证地铁的安全稳定运行，不仅要对地铁本身提供必须的电能还要对地铁本身之外的照明及动力设备提供必要的电源。通过使用变压器将35kV或者10kV的交流电转换为能够为地铁的运行提供照明和动力需要的380V或者220V的交流电。其中，地铁的动力照明系统提供的电能主要是应用在了地铁环控设备、电扶梯、屏蔽门、AFC 系统、消防系统、应急照明等方面。

（5）地铁电力监控系统

地铁电力监控系统是完成对全线各种变电所、接触网设备运行的远程 实时控制、监视及测量，处理供变电系统的各种事故及报警事件，实现供变电系统的运行。电力监控系统在对地铁的供电系统进行管理调度以及信息的采集分析的过程中主要是使用相关设备通过遥控、遥信、摇测、遥调等方式来完成的。通过对电力设备的实时监控我们能够更好的掌握供电系统的信息的采集以及分析，并根据相关的信息对供电系统进行合理科学的管理以及调度。使用电力监控系统的主要优点存在于：能够通过实时的监控，实现准确的进行远程的对地铁中相应部件的供电系统的信息采集以及信息的分析，实现变电所的无人值守运作。

（6）杂散电流腐蚀防护系统

杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。

二、地铁变电系统设计的保护装置重要性

（1）保护装置的工作原理

地铁的变电系统的保护装置主要是根据继电器在对电力系统的故障进行必要的检测以及反映之后，积极的故障的特点和范围作出判断并提供相应的信息。继电保护装置能够顺利的完成相关故障的切除以及进行相关的设备的异常工作的报警主要是根据对变化的物理量以及电气量的检测完成的。主要的工作步骤分为以下几步：首先，对监测系统进行单位取样；其次，将测量得到的数值与系统的设计数据进行对比，并根据对比的结果对系统进行故障判断；最后，根据判断得到的结果对相应的结论信息进行执行。

（2）保护装置的重要性

在地铁运行过程中，对供电系统的控制和保护是关乎地铁稳定运行的关键问题所在。通过对地铁的变电系统安装保护装置，能够及时的对供电系统中的电路故障进行检测并自动的进行修复和排除，保证在地铁运行过程中相关的电气参数不发生太严重的变化，进而保证地铁的供电系统的正常运行以及地铁的安全运行。经过实际的统计可以发现在地铁变电系统中出现的电路故障有 70% 左右属于短路的瞬时性故障，通过使用继电器保护装置的动作、断路器跳闸后可以自行的将电路中的短路故障消除。在继电器以及断路器完成相关的保护以及检查之后，通过重合闸装置能够使继电器再次正常的供电。通过减少地铁故障的检查时间，来保证地铁的正常运行以及提高地铁的运行效益。

三、地铁保护装置的选择

地铁变电系统涉及到供电系统保护控制，确保地铁列车发生故障时能迅速查找到故障点，保证检修工作的顺利进行。因此，在选择保护装置时应考虑到可靠性及灵敏性。

（1）地铁变电系统保护装置的选择原则

地铁的保护装置主要功能是通过相关的继电保护，来达到将变电系统中的一些的瞬时性的故障进行排除以及解决的作用。为了达到这个目的在保护装置的选择上应该注意一下的原则：其一，可靠性，由于地铁的变电系统是一个庞大的供电系统所以在进行保护装置的选择上一定要注意保护装置的可靠性的选择；其二，选择性，选择性主要是指通过使用保护装置能够逐级的对变电系统的故障进行筛选，最后能够将故障自动的进行排除。

（2）地铁变电系统保护装置的选择

在实际工作中，通过对相关器件参数的计算统计以及在实际应用中的结果的统计得到了一下的几个保护装置：

①对主变电所中的 110kV 主变压器使用主变差动保护作为主保护，来保护变压器内部的、套管以及引出线上出现的短路的状况；同时设置主变压器高低压侧后备保护、非电量保护、油浸式变压器设置瓦斯保护。

②由城市电网引入主变电所的电缆线路需设置光纤差动保护作为主保护，同时设置距离保护、过流保护作为后备保护；

③对于降压所、牵引变电所而言，使用光纤差动保护、过流保护以及零序过流保护来对变电所中的 35kV 的进出线进行必要的保护，使用温度保护、过流保护、过流速断保护对变电所变压器进行必要的保护

④对于直流牵引设备采用框架电压保护、框架电流保护、本体在电流脱扣、di/dt 保护、△ I 保护、电流速断保护、过流保护、热过负荷保护等。

四、结束语

以上通过对地铁变电系统及保护装置的选择进行了研究，能够更好的保证地铁变电系统的稳定性及保证地铁的安全运行。