摘要：目前地铁以快捷、经济性等优势快速成为大型城市人们出行的重要方式，而地铁正常的运营离不开变电系统的支撑，变电系统的稳定运行也必须有保护装置的保障。因此加强对地铁变电系统构成的研究以及科学、合理的选用保护装置成为地铁管理部门的重要研究课题。
关键词：地铁；变电系统；构成；保护装置；选用
引言
城市轨道交通系统是一个重要的用电负荷，按规定应为级负荷，即应由两路独立电源供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证城市轨道交通重要负荷的全部用电需要。在城市轨道交通供电系统中，牵引用电负荷为一级负荷，而动力照明等用电负荷根据实际情况可分为一级、二级或三级负荷。城市轨道交通的外部电源供电方案应根据线网规划和城市电网的具体情况进行规划设计，而不应局限在某一条线路上。根据实际情况的不同，外部电源方案可分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。
1地铁变电系统的主要构成
1.1电力监控系统
电力监控系统（SCADA系统）实现控制中心（OCC）对供电系统进行集中管理和调度、实时控制和数据采集。通过“四遥”（遥控、遥信、遥测、遥调）对地铁系统中的主要电气设备进行监督和控制，以实现对整个供电系统的运营调度和管理。主要的优点是可以实现实时的监控，并且能够准确的远程采集供电系统中重要组成部分的数据采集和控制。
1.2外部电源
常见的外部电源主要有以下三种供电形式：集中式、分散式以及混合式，都是外部城市电网电源给主变电供电。每种方式所起到的效果都不同，比如采用分散供电可以有效的节约主变电所的成本，混合式供电方式，主要是一部分用来集中供电，另一部分散供电。我国目前主要采用集中供电方式。
1.3牵引供电系统
牵引供电系统的核心部分是牵引变电所，主要是按照容量进行设置然后并列运行两组牵引整流机组。把中压环网的交流电源进行变压、整流为直流电源再通过牵引网馈出给列车使用。牵引变电所向接触网（接触轨）供电方式有两种即单边供电和双边供电。直流牵引供电系统电压值有DC1500V、DC750V两种。
1.4主变电所
主变电所主要是指集中供电的方式，接受的电源为110kV的高压电源，然后再对其进行降压，将其处理成35kV或者10kV的中压电源，提供给降压变电所以及牵引变电所使用。主变电所一般拥有两路进线的电源，同时还有互为备用的母线。
1.5动力照明系统
动力照明系统是需要将35kV或10kV的交流电，降到动力照明需要的220V或380V的交流电，为除地铁列车以外的其他一切用电设备提供电能，如信号、事故照明等。
2保护装置的选用原则分析
地铁的变电系统是一个复杂系统，它的核心技术是供电控制和保护。保护装置必须在机车电路发生故障时快速准确的检测出故障，并及时地排除故障，同时要避免机车运行时的电气参数变化从而引起的误跳闸。所以选择的保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。第一，动作可靠性是保护装置。最基本、最重要的性能，保护装置的可靠性具体的来说主要包括安全性和信赖性。其中安全性是指保护装置的动作是科学、合理的，在地铁正常运行时不发生误动作。第二，动作选择性是指在变电系统发生故障时，故障的排除是一级级进行的，首先由故障设备或线路本身的保护功能切除故障，当故障设备或线路本身的保护装置不动作时，相邻设备线路保护或断路器失灵保护才会动作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆各个设备的保护装置设置应坚持逐级配合的原则，有选择性的切除变电系统的故障。第三，动作灵敏性是指在供电系统的被保护范围内发生故障时，保护装置应具有必要的灵敏系数（保护装置的规程中有具体规定），在故障发生时能及时作出反应。通过继电保护的整定值来实现。一般一年对整定值校验一次。第四，动作速动性，保护装置的速动性是指变电系统发生故障时能够以最短的时间判断并切除故障，缩小故障的影响范围，减少故障损坏对地铁造成的损失。切除时间包括两方面：保护装置和断路器动作时间。相对比较快速的保护动作时间大约是0.04～0.08s，最快为0.01～0.04s，一般的断路器的跳闸时间为0.06～0.15s，最快的能到达0.02s～0.06s。
3地铁变电系统的具体保护装置
在地铁变电系统中选用保护装置应该根据设备的特性来选择保护，不同的部分所需要的保护装置都不同。对于微机继电保护的保护，主要是对其测量部分、逻辑部分以及执行部分进行保护。同时在选用地铁保护装置时候，一定要考虑到其的保护性能。第一，主变电所110kV的主变压器的保护主要是配备主变差动保护，它主要是用来保护变压器的内部、馆陶以及引出线上的一些相间短路，同时还可以保护单向层间短路以及接地短路；根据变压器的内部故障还应装设瓦斯保护，瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成。瓦斯继电器装在变压器油箱与油枕的连接管上，当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化，利用这个特点构成的保护；变压器还要配置过流保护作为后备保护。国内的南瑞RCS-978系列变压器保护装置技术已经很成熟可以选择。第二，牵引混合降压变电所的35kV进出线应该对其配置线路光纤的差动保护、过流保护。一般是配置西门子7SD61、7SJ63继电保护装置。第三，35kV整流变压器应配置电流速断保护、过流保护、零序过流保护、过负荷保护、变压器温度保护；整流器应该配置逆流保护、二极管、过电流、过电压以及温度等。这两个系统的相关保护是有7SJ63以及PLC装置来实现的。第四，直流1500V进线应配置大电流脱扣保护、逆流保护；直流1500V馈线应配置大电流脱扣保护、低电压保护、过电流保护、电流速断保护等。对于这些功能选用西门子DCP106装置来进行保护；全所设备在负极柜设有一套框架泄漏保护选择西门子保护DCP116装置。
4结语
总之，地铁变电系统是维持地铁正常运行的重要设备，在整个地铁的运营中处于极其重要的地位，它的持续正常工作是每个地铁站的追求。目前，我国的地铁变电系统保护措施多种多样，保护产品的种类十分丰富。这就要求我们深刻了解保护装置的工作原理以及选用原则，综合考虑性价比、性能、方便维护等多种因素，选择最合适的变电系统保护装置，以维护地铁的持续正常运行。
参考文献
[1]张岩.论地铁变电系统的构成和保护装置的选用[J].科学与财富,2018,(8).
[2]地铁变电系统结构以及保护装置的选择研究[J].蒋淮申.电子技术与软件工程.2015(03).
[3]曹云波.地铁降压变电系统的构成与施工调试[J].自动化应用.2015(09).
[4]丁宁,霍天.一种地铁负荷预测的数据仿真方法[J].智能电网.2016(11).
[5]纪强.智能低压配电系统在地铁中的应用问题分析[J].科技创新与应用.2014(12).
[6]唐永群.分析地铁变电系统的构成和保护装置的选用[J].信息化建设.2015(06).
[7]杨宁,李岩磊,马颖涛.城轨列车牵引变流器箱体热仿真设计方法[J].铁道机车车辆.2015(03).
作者介绍：
张波（1988.1.18—），性别：男；籍贯：湖北武汉；民族：汉；学历：大专；职称：助理工程师，职务：设计师；研究方向：城市轨道交通供变电系统；单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司。
论文作者:张波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：保护装置论文; 地铁论文; 系统论文; 故障论文; 变电所论文; 供电系统论文; 变压器论文; 《电力设备》2019年第8期论文;