广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东广州 510320
摘要：我国地铁牵引供电系统的研究起步晚，在快速的地铁发展中供电系统出现了许多问题，供电系统保护装置的可靠性在不同程度地下降。馈线保护技术是关系到直流牵引供电系统可靠性的关键因素，是保护地铁牵引供电系统正常运行的重要保障。
关键词：地铁；牵引供电系统；直流馈线保护技术
目前，随着我国地铁的迅速发展，同时也推动了地铁的建设发展，但整个城市轨道体系的相关配置并没有完善，会对轨道交通的正常运行造成干扰。地铁牵引供电系统可以为地铁提供牵引用电，而直流馈线保护系统可以保护供电系统的正常运行，是地铁牵引供电系统的关键部位，在城市地铁运行领域对直流馈线保护系统的研究和完善，对地铁牵引供电系统的运行有重要作用，有助于地铁减少故障，运行顺畅。
一、地铁供电系统组成
地铁作为城市电网的重要用户，一般直接从城市电网获取电能，供电系统主要由电源系统、牵引供电系统和动力照明系统组成。其中外部电源可以看作是地铁供电系统与城市电网的接口，将电能从城市电网引入供电系统；牵引供电系统主要负责向全线运行的车辆提供电能，通常包括牵引变电所和牵引网两大部分；动力照明系统为除地铁车辆以外的其他所有地铁用电负荷提供电能，其中包括通信、信号、事故照明和计算机系统等许多一级负荷。
二、牵引供电系统结构和分析
（一）牵引供电系统供电制式
地铁牵引供电系统的供电制式多为直流制和交流制两种形式，近年来也逐渐兴起了将直流制和交流制相结合的模式，即双制式供电系统。其中直流制是牵引供电系统中常用的供电制式，牵引变电所将从中压网络引入的电流经降压整流机组变为直流电（DC1500V或DC750V），然后将直流电输送到牵引网上，向列车提供电能。直流制供电是出于地铁牵引电机的需求，可以将整流装置安装在牵引变电所，减轻车身重量；同时直流牵引网供电连贯，可以在故障运行时进行双边供电向单边供电和大双边供电的供电方式切换，保障列车的可靠受电。但直流制供电也有着一定的弊端，如线路损耗较大、杂散电流危害、再生能量反馈难和供电距离较短等。
（二）牵引网的构成
地铁牵引供电系统中，牵引网是由馈电线、接触网、走行轨和回流线构成的供电网的总称，接触网是列车受电的直接装置之一，根据安装位置的不同分为架空接触网和接触轨两类。
三、地铁牵引供电系统直流馈线保护技术
（一）大电流脱扣保护
大电流脱扣保护是指线路前端出现短路故障，从而会引起较大的过电流，对供电系统设备造成破坏时，有效避免这种情况。在检测到短路电流高于动作电流时，大电流脱扣保护可以及时进行跳闸动作，动作异常灵敏。在出现近端短路故障时，必须保证在电流增量和电流上升率保护动作开始前进行跳闸。
（二）定时过电流保护
定时过电流保护主要起到确保供电线路中小电流故障可以被及时清除的作用，清除故障时有一定的延时，因此制定整定值时有正负区分。定时过电流保护是电流增量保护和电流上升率保护的后备措施，动作时间要控制在几十秒之内，在切除故障时具有一定的延时性。定时过电流保护作为大电流脱口保护和电流上升率保护的后备保护，可以在直流馈线短路电流值超过预先设定的最大电流值时，通过直流馈线断路器动作跳闸来清除故障。设定最大电流值时，可以分别反方向设定电流值，地铁运行过程中，变电所内直流馈线被用于直流供电时，线路发生故障，反向电流通过直流馈线断路器，可以检测并清除故障。
（三）接触网过热负荷保护
在地铁运行高峰期会出现过电流，此时牵引网温度升高，会对供电系统造成破坏，设备损坏。接触网热过负荷保护就是要避免接触网过热所设置的保护，根据对供电系统状态的监测，并依据平时的经验，设定整定值，在温度超过整定值时，过热负荷保护就会启动跳闸。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据接触网的状态计算接触网的发热量，在根据热负荷和环境条件。计算出接触网的电缆温度。电缆温度在超出规定值时报警，并发出跳闸命令，从而保护接触网。由于接触网特有的热特性，保护装置的曲线要与接触线的曲线进行配合，并于馈线电流保护进行配合。
（四）框架泄漏保护
在地铁供电系统中开关设备柜出现短路情况时，产生的电流就会对设备造成损坏，在工作人员接触开关设备柜时也会对工作人员造成安全威胁。由于设备与接地网直接连接，在设备出现特殊情况时会带来异常的接地电流，通过框架泄露保护对设备状态的实时监测，在接地电流超过设定的整定值时，框架泄露保护就会启动，开启电流保护动作。在系统正常运行时，没有检测到电流通过，而柜体发生损坏时，电流流入接地网，达到整定值，框架泄露保护动作，断路器和直流断路器跳闸。
（五）双边连跳保护
双边连跳保护是指连接接触网的两个牵引变电站，在接触网发生故障时，其中一个变电站启动保护动作，另一个变电站收到保护动作命令，两个牵引变电站就会同时跳闸，减少故障带来的影响，并有效排除故障。在具体操作中，两个相邻的牵引变电所在同一时间向同一段接触网供电，在故障发生时，检测到动作信号，会向相邻的变电所发送直流开关跳闸信号，引发相邻变电所的直流开关跳闸。
（六）自动重合闸
地铁牵引供电系统中出现的故障一般为瞬间故障，在启动保护装置切断故障区域后，要启动自动重合闸继续起到保护作用。在自动重合闸运作时，需要确保牵引网线路不存在故障，不然会造成断路器长时间切断，对系统造成破坏。要设定自动重合闸启动次数超过限值时，将该部分确定为非瞬时性故障，不再启动自动重合闸。在自动重合闸运行过程中，若线路故障被诊断为永久性故障，要先将变电所重启，再开启重合闸。在手动分闸后，自动重合闸不会再动作。自动重合闸的动作次数超过预定次数时，合闸不成功，则为永久性故障，此时要闭锁重合闸回路。
（七）电流增量保护与电流上升率保护
电流增量保护与电流上升率保护是直流馈线保护技术中的主要措施，在发生故障时，可以将近端短路电流切断，也可以做到大电流脱扣保护，短路故障切除能够有效避免电路中电流上升率保护的干扰问题。延时跳闸主要用于远端短路电流识别和调查。智能系统在正常工作中通过保护装置，实时监测电流上升率，在既定的时间内被保护锁定，则电流上升率保护动作进入延时阶段，电流上升率始终比保护设定值高，在启动保护动作时，电流上升率位置在设定值保护范围内，对电流增量进行计算，电流上升率始终高于保护设定的，电流总量也高于保护设定值，此时电流增量实施保护动作。
（八）低电压保护
低电压保护主要用于地铁的正常工作电压保护，地铁运行所允许的最低工作电压时间要大于可能出现的故障造成的停电间隔，在地铁供电系统发生故障时可以成为其它管线保护的后备保护设备。
（九）逆流保护
在整流器回路出口短路的电流通过时，逆流保护会瞬时启动，保护供电系统，由于引起逆流保护的断路器电流都很小，因此可按照小于断路器额定电流的一半进行逆流保护电流量的确定。
（十）直流保护配合的验证
直流牵引供电系统保护技术的整定值可以通过计算确定，也可以通过直流短路试验，在通过计算得出整定值后，还要测验其能否配合地铁的正常运行。通过直流短路试验结果分析，最终才能确定保护的整定值。
地铁牵引供电系统的直流馈线保护技术的质量直接影响地铁运行的稳定性，对于地铁牵引供电系统，加强保护措施具有非常重要的意义，进一步完善直流馈线保护技术，可以有效保证地铁稳定供电，对地铁牵引供电系统的顺利运行有重要作用。
参考文献
[1]段立新.地铁牵引供电回流系统主要问题分析[J].电器与能效管理技术，2019（01）
[2]黄荣星.牵引供电经济运行模式的探索与实践[J].上海铁道科技，2018（04）
[3]陈军.提高高铁牵引供电系统故障精确定位研究[J].上海铁道科技，2018（03）
论文作者:唐勇军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/15
标签：电流论文; 供电系统论文; 地铁论文; 故障论文; 动作论文; 馈线论文; 断路器论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;