摘要：城市轨道交通采用集中供电方式时，中压环网投资巨大。本文结合中压环网保护方案对中压环网采用不同的接线方式进行经济技术 比较，提出了适合不同城市的环网接线方案，并提出了一种新型保护配合方案。
关键词：城市轨道交通；中压环网；中压环网保护
目前我国城市轨道交通供电系统通常采用主变电所集中供电方式，根据各地电网电压等级的不同，主变电所进线电压有110kV和66kV两种 形式，中压环网电压等级一般采用35kV。中压环网多采用“分区环供”方式，全线变电所划分成若干个供电分区，每个供电分区由相应的 主变电站提供两路电源，分区内的各变电所（牵引降压混合变电所、降压变电所及跟随式降压变电所）采用双环网供电方式供电。如图-1 所示为典型中压网络接线方案。
图-1典型中压网络接线示意图
由于轨道交通中压环网投资巨大，在供电系统中所占比例甚高，因此如何降低中压环网投资也成为目前各资金紧张的轨道交通项目亟待解 决的问题。中压环网分区数量的多少直接关系到环网电缆数量的多少，而降低环网分区的数量势必会增加每个分区所带变电所的数量，分 区内变电所数量的增加会对供电可靠性及中压网络保护的时限配合带来一些问题。本文将对目前国内的中压网络保护方案优缺点进行分析 ，结合中压环网的投资提出适合各城市的中压环网接线方案及相应的保护方案，并提出新型保护配合方案供各位设计同仁参考。
1、轨道交通供电系统中压网络保护方案
当前，我国城市轨道交通供电系统中压网络的保护主要有两种解决方案:一种是目前市场主流的光纤纵差保护+后备过流保护；一种是电流 选跳保护+后备过流保护。
1.1光纤纵差与电流选跳的性能比较
1.1.1保护性能
若光纤纵差保护与电流选跳保护作为中压网络的主保护，由于保护原理的差别，两种方案的动作时间差别比较大：光差保护动作时间小于 12ms；而选跳保护受过流保护原理的限制，最快跳闸出口时间为30ms。
光纤纵差保护使用分相差动加零流差动的原理，与负荷电流大小无关，其灵敏度很高；电流选跳保护必须躲开负荷电流，过流元件的启动 值必须设的较高，因此对故障灵敏度较低,无法清除高阻故障，且级联的区间越多、离电源端越近问题越严重，灵敏度越低。
1.1.2对故障的选择性和可靠性
光纤纵差保护是专门针对35kV及以上电压等级的输配电线路设计，国家对其有严格的动模考核指标，光纤电流纵差保护对区内外单相和多 相永久故障、转换性故障均能正确可靠动作。而电流选跳方案只能识别单一故障，对区内外同相多点故障是无法区分的，可靠性低，电流 选跳方案无法通过电力系统的动模试验，提供入网许可报告，这给轨道交通系统的运行带来风险和隐患。
1.1.3对于供电系统运行方式适应性，两种方案存在很大的差别。
光纤纵差保护方案中差动保护的设置仅与被保护线路有关，不受系统运行方式的改变和未来扩建的影响，保护装置内部逻辑不用作出相应 的变动。但电流选跳方案由于受选跳原理的限制，必须根据前后保护装置中过流元件动作的信号来判断故障点位置从而有选择性的切除故 障线路。因此对于已经使用光纤纵差解决方案的轨道交通前期已投运的项目，在后期建设中用户可根据前期的运行情况自由选择不同品牌 的供货商；但对于电流选跳方案则用户必须接受同一品牌的解决方案。
1.1.4比选结论
与光差保护相比电流选跳保护动作迟缓，故障切除时间长，对一次设备的使用寿命影响较大，灵敏度低，识别故障单一，兼容性差，其技 术性能远不如光差保护。
1.2后备保护的时限配合分析
当主保护（光纤纵差保护或电流选跳保护）由于各种原因（如：装置通讯口故障、光纤通道故障等）退出运行时，主保护被闭锁，同时投 入后备过流保护。这时，两种保护方案的选择性都只能依靠过流保护的时限来完成。在这种情况下，由于各供电区间（如图-2）均采用梯 级供电方式，区间内的线路后备过流保护在时限上的级差配合是需要着重思考的问题,下面以图-2说明后备过流保护时限配合问题。
如图三所示若一个环网分区有5个变电所，当故障发生在末端变电所时，如发生在故障点5，此时需E11开关跳闸切除故障，但为了保证A、B 、C、D变电所不会误动，根据过流保护时限配合的原理需将A、B、C、D变电所开关跳闸时间设定值大于E变电所开关跳闸时间。假设E变电 所开关起跳时间为0.5S，按照目前过流保护时限上的级差最小为0.25s计算，D、C、B、A变电所开关起跳时间分别为0.75s、1.0s、1.25s、 1.5s，此时若要保证主变电所进线开关不会误动，P11开关的起跳时间需大于1.5s。目前一般城市为地铁主变电所设定的进线开关起跳时间 为1.5s，个别地区为1.2s。
通过上述分析可知，后备过流保护由于受时限上的级差限制，决定了中压环网分区内变电所不能过多，一般情况下不应超过4个变电所。
2、保护设置对环网分区的影响
通过第一章分析可知，中压环网分区内变电所数量受后备过流保护的影响，若想增加环网分区内变电所数量，必须解决过流保护的时限配 合问题，我们提出如下两种解决方案：
图－2中压网络保护原理示意图
方案一：由于地铁牵引变电所一般隔一至两个车站设置一座，因此若将环网分区内相邻的两座变电所（1座牵引所1座降压所或者2座降压 所）设为一个跳闸时间，即可相应增加环网分区内变电所的数量，但此方案存在的问题是虽然不会有两座相邻的牵引所同时跳闸而影响行 车，但由于1座变电所的故障而使相邻的变电所跳闸，人为扩大了故障范围，尤其是当1座降压变电所故障时导致相邻牵引所跳闸带来的影 响更大，因此不推荐采用此方案。
方案二：由于后备过流保护存在问题是时限配合问题，若后备保护不再采用级差式时限配合，而是采用带有选跳功能的保护方案或者直接 采用选跳保护方案即可解决此问题。由于中压保护投资与环网电缆投资相比基本可以忽略，因此若能通过更改中压环网的保护方案而节省 中压环网投资是十分经济的。
我们暂定义每个环网分区3～4个变电所的传统中压环网接线方式为“小分区”接线方式，每个分区6～7个变电所的中压环网接线方式为“ 大分区”接线方式。
3、应用实例
下面以大连地铁1号线为例对中压网络采用不同保护方案时，环网分区的不同划分及造成的电缆投资差异。
大连地铁1号线全线设车站22座，车辆段1座，停车场1座。牵引降压混合变电所12座（正线10座，车辆段及停车场各1座），降压变电所11 座。结合中压网络保护方案，环网分区划分有如下两种方案：
方案一：全线划分为4个环网分区（每个分区5-7个变电所），中压环网保护采用光纤纵差+后备电流选跳保护。
方案二：全线划分为6个环网分区（每个分区4-5个变电所），中压环网保护采用光纤纵差+后备过流保护。
两方案的经济技术比较见下表1：
表1中压环网接线方案技术经济比较表
通过表1的对比分析我们可以看出，通过中压环网保护方案的优化，改变环网分区接线方案，减少分区数量，在保证供电质量及供电可靠性 的前提下大连地铁1号线中压环网可节省工程投资884万元，且更便于土建配合，有利于施工安装及运营维护。
4、结束语
城市轨道交通供电系统中压环网接线方案由于涉及投资、供电可靠性、故障影响范围及中压保护方案等众多因素，因此在选择中压环网接线 方案时可以根据各城市实际情况出发综合各种因素考虑适合当地的环网接线方案。从供电系统的发展趋势考虑，“大分区”接线方案由于可 以大幅降低工程投资，随着中压环网保护的发展，其可靠性将会越来越高，“大分区”接线方案势必成为未来的发展趋势。
参考文献
[1]于松伟杨兴山韩连祥张巍.《城市轨道交通供电系统设计原理与应用》西南交通大学出版社出版
[2]大连地铁1号线初步设计文件.铁道第三勘察设计院.
[3]马啸松赵凯《电流选跳保护在轨道交通供电系统中的应用》.上海电气技术2007.02
[4]宗华.城市轨道交通工程设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社出版.
论文作者:朱万方1,周晋2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/12
标签：变电所论文; 方案论文; 环网论文; 中压论文; 分区论文; 接线论文; 故障论文; 《基层建设》2018年第20期论文;