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摘要：地铁是目前非常重要的一种城市交通工具，而变电系统是地铁运行的主要动力来源，其会对地铁的正常运行产生直接的影响。本文主要针对地铁变电系统的一些基本状况进行了分析，并针对地铁变电系统保护装置的设计以及选择进行了探讨，希望能够对地铁变电系统的安全运行起到很好的帮助。
关键词：地铁；变电系统；构成；保护装置
地铁的出现在很大程度上有效缓解了城市面临的巨大交通压力，而且能够为城市居民提供便捷的出行，也进一步降低了城市居民出行的成本。地铁的正常运营必须要建立在变电系统的支撑下，而保护装置是变电系统运行过程中非常重要的一种机构。因此，在实际进行地铁变电系统设计的过程中，必须要对其保护装置进行合理的选择，这样才能保证变电系统运行的安全性和稳定性。
1 地铁变电系统概述
地铁变电系统在整个地铁系统中是非常重要的一个组成部分，从本质上讲变电系统是一种能源供应系统，是保证地铁实现稳定、安全运行的基础。地铁的变电系统通常都包括外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明系统、监控系统等几个部分，这几个系统相互之间属于相互配合的关系[1]。
2 地铁变电系统的主要构成
2.1 外部电源
目前，地铁变电系统的外部电源主要包括集中式、分散式以及混合式等三种方式，其主要的作用是为地铁主变电所供应电力。分散供电方式能够为地铁的运行节约大量的成本，混合供电这主要指的是在一条地铁轨道系统中，不仅存在集中供电方式，同时还存在分散供电方式，我国地铁变电系统中主要应用的是集中供电方式。
2.2 主变电所
如果地铁供电系统的电源主要是集中供电方式的时候，主变电所通常情况下主要是接受来自外部的110kV高压电源，然后将高压电源经过降压处理后形成35kV/10kV的中压电源，经过降压处理后的电源就可以为牵引变电所以及降压变电所提供电能。集中供电模式下，通常都会针对地铁的主变电所设置两路不同的进线电源，而且还会结合实际情况来合理的设置可以起到相互备用作用的两段母线。
2.3 牵引供电系统
在整个牵引变电所中牵引供电系统是其核心部分，其主要的作用按照容量的不同来合理的设置牵引整流机组进行并列运行。并将中压环网的交流电源进行变压、整流处理后形成直流电源后在供给列车。牵引变电所通常情况下具有单边供电以及双变供电等两种供电方式。
2.4 动力照明系统
将供电系统中的中压电源进行降压处理后就能产生220V/380V的交流电压[2]。而地铁供电系统中的照明系统的主要作用就是完成地铁系统中列车运行之外的所有用电设施电能供应的需求。
2.5 电力监控系统
电力控制系统的主要作用是充分利用控制中心来实现对地铁供电线管理、调度的集成化，并对地铁供电系统进行实施的控制以及实现对地铁供系统运行过程中各种数据的采集。其主要是通过遥控、遥信、遥测、遥调等几种作用来实现对地铁系统中所有电气设备的合理控制和监测，在此基础上就能实现对整个地铁供电系统的合理调度和管理。该系统最大的优点就是能够实现对供电系统各个组成部分数据的远程采集和控制。
3 地铁变电系统设计保护装置重要性分析
3.1 切断故障电路，保证变电系统正常运行
地铁变电系统中最为核心的技术是供电的控制以及保护。针对地铁供电系统配备相应的继电保护装置能够有效的提升地铁供电系统的运行质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过保护装置的使用能够将地铁系统中存在的电路故障等进行及时的排除和修复，还能充分保证地铁供电系统在实际运行的过程中不会出现参数操作失误而导致的跳闸事故，在此基础上就能充分保证整个地铁供电系统运行的安全性以及稳定性。
3.2 改善供电方案，提升供电系统运行效益
瞬时性故障在地铁电力线路的短路故障中占有70%左右的比例，这种故障具有一定的自消性，也就说这种故障在继电保护装置或者断路器跳闸后就能实现自行消除，通常情况下，通过重新合闸就能实现重新供电。由此就能进一步减少故障的排除时间，能够进一步促进地铁的高质量运行，进一步提升地铁运营企业的经济效益。
4 地铁变电系统保护装置的选择要求
4.1 选择性
其主要指的是当地铁供电系统的某一个点产生短路现象的时候，继电保护装置能够仅仅针对发生短路部分的线路进行断路跳闸，这样就能将跳闸的部分进行有效切除，而没有发生故障的部分则可以实现正常运转，由此就能将供电系统发生停电的范围进行控制在最小。这种继电保护功能就是选择性，针对地铁供电系统合理的选择继电保护方式并实现对继电保护的精确整定计算、调试、运行维护等就能保障地铁变电系统的选择性[3]。
4.2 速动性
与普通的变电系统相比较，地铁变电系统一旦发生故障通常会产生重大的危害，因此，地铁变电系统保护装置的选用必须要充分保证其具有速动性，也就是说，要能够在最短的时间内将发生故障的部分进行有效的切除，这样就能有效避免故障范围的进一步扩大，将故障对地铁系统内部设备的损害降到最低程度。
故障切除过程中主要包括了保护装置以及断路器的动作时间等两个部分。保护动作通常情况下能够在0.04-0.08s时间内完成，最快能够达到0.01-0.04s，通常情况下，断路器的跳闸时间能够达到0.06-0.15s，最快能够达到0.02-0.06s[4]。
4.3 灵敏性
灵敏性主要指的是在供电系统出现短路或者异常状况的时候，保护装置做出响应动作的敏锐程度，通常会利用灵敏系数来进行灵敏性的衡量。
4.4 可靠性
跳闸继电保护必须要保障其具有良好的可靠性，可靠性可以进一步分为安全性以及信赖性。安全性主要指的是保护装置在实际使用中不会产生误动作，也就是说在地铁正常运行的过程中要保证保护装置不能有动作；而信赖性主要指的是要保证保护装置不能出现拒动性，也就是说当其保护的范围内出现了短路等故障的时候要及时的做出相应的反映。
5 地铁变电系统结合一次设备选择对应配置的保护装置
在实际进行地铁变电系统保护装置选择的时候，要充分结合一次设备来合理的选择具有较高适应性的保护装置。
5.1 主变电所
地铁供电系统中的主变电所在配置保护装置的时候，经常会应用到主变差动保护装置，这种保护装置能够实现对变压器内部、套管以及引出线短路故障的合理保护，而且，当主变电所在出现单相层间短路以及接地短路等故障的时候也能起到良好的保护作用，针对地铁主变电所中的主变压器实际的使用情况，还可以合理的使用瓦斯保护装置。
5.2 牵引变电所
针对牵引变电所使用的35kV进出线应该相应的配置线路光纤差动保护、过流保护以及零序过流保护等。
6 结语
综上所述，在现代科学技术不断进步的前提下，在地铁供电系统中各种新技术、新设备的应用越来越广泛，这也在很大程度上促进了地铁供电系统的不断完善和性能优化，在实际针对地铁供电系统进行保护装置选择的时候必须要对各种因素进行综合考量，充分结合保护装置实际的运行原理以及性能特征等来实现对地铁供电系统保护装置的合理选择，这样才能进一步提升地铁供电系统运行的稳定性，才能进一步为地铁运行提供更优质的变电服务，并进一步促进地铁运行效率的提升，为城市的交通运输做出更大的贡献。
参考文献
[1]赵生平. 南京地铁一号线南延线中压供电系统方案研究[D].上海交通大学,2011.
[2]胡俊. 轨道交通牵引供电系统直流母线保护的研究与设计[D].北京交通大学,2011.
[3]张俊婷. 基于MATLAB/Simulink的城市轨道交通交直流供电系统建模仿真[D].北京交通大学,2017.
[4]沈丽莉.地铁供电系统可靠性评估与安全评价方法的研究[D].大连交通大学,2013.
论文作者:袁,哲
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
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