摘要：现阶段，我国地铁供电系统中的保护措施能够准确、迅速的对短路故障进行切除。但是正常运行电流与小电流故障依旧不易辨别，进而影响保护动作的正确性。如此就需加大此种情况的研究力度，使其能够被保护装置准确的辨识，进而提升直流馈线保护的能力。
关键词：地铁；直流牵引供电系统；馈线保护方法
1地铁直流保护系统的设计重点
1500V直流开关选用SECHERON HSCB UR40-82s直流快速断路器，开关设置在小车上便于维护。1500V直流开关主要由上部连接、下部连接、驱动装置、合闸机构、分闸机构、大电流脱扣保护装置、灭弧装置以及分合闸位置辅助触点组成。其中驱动装置和大电流脱扣保护装置是1500V直流开关的核心部分。
通常情况下，通过直流开关设备实现直流牵引供电系统的保护。系统中，根据功能状况的不同直流电路分为整流器回路断路器及馈线回路断路器两种类型。通常情况下，整流器侧直流输出的保护以及控制是通过整流器回路断路器实现的，能够在第一时间切断整流器的故障，避免直流输出;对馈线侧牵引供电控制及保护通常使用直流馈线回路断路器，其可以在直流电缆及变电所接触网产生故障时第一时间将故障切除。直流保护系统的设计重点有以下几点:一是，对一些特殊形势下的保护进行分析，例如屏蔽门与接触网短路故障、架空接地线与接触网短路、隧道电缆支架与接触网短路等等;二是，地铁正常运行时，要对直流保护误跳闸的情况进行有效的防治，避免其影响冲击电流及启动电压及电流，以此保证地铁能够安全平稳的运行，三是，对各类保护进行优化整合，以此提升直流系统短路时切除的时效性。
2保护配置的原则
直流牵引系统保护配置原则对于不同的地铁牵引供电系统，直流牵引系统的保护配置可能不相同，但是保护的作用是相同的。只要能够满足保护要求，保证系统安全可靠地供电，系统应尽量少配置一些保护，因为保护装置配置得太多，一方面增大了系统投资，另一方面会增加保护配合的难度。由于早期直流保护系统缺少性能优越的保护装置，一般仅设电流速断和过电流保护装置来切断故障，保护的效果往往不太理想。为了解决上述问题，采用直流双边联跳保护与低电压保护相配合，因为发生短路情况，总会引起直流电压下降。这样当电流大而过电流保护不能动作时，低电压保护可以做为上述保护的后备保护。对于采用架空接触网的牵引供电系统，供电电压为直流1500V。在牵引变电所近端发生故障时，短路电流很大，电流速断和过电流保护装置可以切断故障。但是，当故障发生在中、远端时，由于线路阻抗变大，短路电流相对变小，电流速断和过电流保护可能不会动作，目前一般采用能反应故障电流上升率di/dt电流增量△I的保护装置来使断路器跳闸。
3地铁直流牵引供电系统馈线保护技术
3.1电流上升率保护(di/dt)以及电流增量保护(ΔI)
地铁直流馈线保护中，此种保护为主保护，可以切除近端短路电流，还可切除开关自带功能未全部切除的远端短路小故障电流。此保护降低di/dt单独保护出现的干扰误动以及ΔI保护拒动的情况。保护分为瞬时跳闸及延时跳闸两部分，跳闸动作由优先跳闸的动作所决定，延时跳闸主要用于远端短路电流的切除。保护的原理:地铁运行时，保护装置对电流进行实时检测，当电流在设定时间内的上升率超出标准，di/dt将启动保护功能，进入延时阶段，如果延迟阶段内，电流上升率一直超出额定值，那么保护动作开启;如果延时阶段内，电流上升率回落至额定范围内，那么保护将返回。di/dt保护启动进入延时阶段时，ΔI也将进入到延时保护阶段，ΔI保护启动后，继电器将对电流增量进行实时计算。如果电流上升率一直高于di/dt额定保护值，电流增量到达ΔI额定保护值，那么将开启保护动作。
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3.2接触网过热负荷保护
此种保护作为电流上升率保护辅助保护。直流线路负荷超载，即便未发生短路，温度也会升高，电流虽不大，但是存储的热量越来越大，易造成设备损坏。工作的原理是:将接触网各参数作为参考依据，计算接触网发热量，通过对接触网热负荷特性、空气比热及通风条件等影响因素的分析，利用公式进行接触网电缆温度的计算。如果监测结果为电缆温度超出整定值，将立即报警，跳闸指令马上发出，以此实现接触网保护，进而保护整个线路。
3.3大电流脱扣保护
对大的短路电流进行切除，属开关自带功能。短路电流过大对线路的损坏程度较大，这样的情况也时常发生，故此，在过大电流出现时且未达到短路电流峰值之前切断。如果被保护线路短路电流最低值设置为Idmin，k作为可靠系数，动作电流的设置是kIdmin＜Idz。当短路电流超出动作电流时，跳闸动作立即启动，而且启动的速度仅为几毫秒，故此，大电流脱扣保护动作的灵敏性十分可靠，尤其是处理近端短路电流上升过快的故障，一般在电流上升率保护及电流增量保护前完成跳闸动作。
3.4框架保护
直流开关柜、整流器柜、回流柜设置有框架保护。框架保护分为电流型框架保护和电压型框架保护。其原理为:负极柜的S7（控制器）检测框架与大地之间的电流和框架对负极的电压，达到整定值则S7输出控制，通过硬线触点向本所所有1500V直流开关及邻所相邻1500V直流开关发出联跳信号(脉冲宽度大于500ms)，每个直流开关的DPU96或S7收到信号后保护分闸同时闭锁自动重合闸程序。
3.5二极管逆流保护
1500V采用24脉波全波整流系统，在二极管整流器上装设有逆流保护。其原理为:在整流器的每一个整流桥臂上都装有1个穿心式电流互感器，如果整流桥臂内的某个二极管反向击穿，则在这个二极管支路的熔断器开始熔断的弧前时间和燃弧时间内，将有故障电流流经这个桥臂，接在电流互感器二次侧的逆流保护单元就有信号输出，向整流机组33kV进线开关保护装置发出跳闸信号，33kV开关保护分闸，同时33kV保护控制输出向1500V进线开关DPU96发跳闸信号，DPU96再保护分闸1500V进线开关。
3.6双边联跳保护
双边联跳保护是为了更加安全的向接触网供电，在故障情况下确保相邻变电所可靠跳闸而增设的后备跳闸装置。在无故障的情况下，两变电所同时向接触网供电加果有短路情况发生，则距离短路点较近变电所A的馈线保护的di/dt瞬时保护或速断保护先动作，同时向本站联跳装置发一个跳闸信号，并通过站间联络向另一变电所联跳装置发送跳闸信号，较远变电所B经过一段延时，通过di/dt延时保护或过流保护也动作，但是比联跳装置的跳闸信号先动作。
结束语
现阶段，随着我国城市化进程的不断深入地铁行业发展迅速，直流牵引供电系统应用愈加广泛。因直流开关研发费用偏高，试验及运行考核相对严格，而且使用数量一般，其国产化的速度比较缓慢，地铁直流牵引供电系统中的核心部分就是直流供电控制及保护，提升馈线保护的能力，可为我国地铁长远发展提供技术支持。
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论文作者:杨阳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2017/12/20
标签：电流论文; 供电系统论文; 故障论文; 动作论文; 地铁论文; 变电所论文; 馈线论文; 《基层建设》2017年第27期论文;