摘要:近年來(lái)，GIS設(shè)備在城市軌道交通中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在地鐵中，地鐵變電所使用的35kV系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置都是使用微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控單元，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，采用多CPU管理模式實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)量、信息采集與控制等功能。本文就城市軌道交通中35kV5GIS設(shè)備二次保護(hù)原理的分析與應(yīng)用進(jìn)行探討。

引言

隨著改革開(kāi)放，人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)交通的需求不斷提高，城市軌道交通在城市的建設(shè)和發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)槠洫?dú)自行駛的特殊性，軌道交通可以起到解決城市交通擁堵的作用。隨著運(yùn)行線路和路程、站點(diǎn)的數(shù)量不斷增加，軌道交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸成形。

1.地理信息系統(tǒng)（GIS）應(yīng)用

1.1GIS系統(tǒng)

城市軌道交通的調(diào)度指揮系統(tǒng)普遍使用的是監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)SCADA，這種系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制與調(diào)度自動(dòng)化的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)軌道交通設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)預(yù)警數(shù)據(jù)采集、參數(shù)調(diào)節(jié)等多種功能，這一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)行。GIS是在計(jì)算機(jī)軟件及設(shè)備硬件支持下，以特殊的格式輸入輸出存貯顯示地理空間查詢(xún)的工具，這種系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等多種技術(shù)組合應(yīng)用而成，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)圖形處理、數(shù)據(jù)綜合分析、輔助決策等功能。GIS與SCADA系統(tǒng)是相互支撐、相輔相成的兩種系統(tǒng)，能夠起到互相補(bǔ)充缺點(diǎn)的作用，SADA系統(tǒng)中無(wú)法將實(shí)施監(jiān)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)、統(tǒng)計(jì)，分析，而GIS可以幫助其完成這些工作，引入GIS后，現(xiàn)存的控制系統(tǒng)功能將增強(qiáng)。

1.2城市軌道交通調(diào)度指揮引入GIS的必要性

城市軌道交通信息化工作今年來(lái)取得優(yōu)越成績(jī)，“以人為本”的理念在軌道交通中得到貫徹落實(shí)，線路綜合系統(tǒng)的建設(shè)使得軌道交通的調(diào)度指揮和協(xié)調(diào)運(yùn)行能力得到大幅度提高，由此可見(jiàn)，城市軌道交通引入GIS具體原因體現(xiàn)在幾個(gè)方面，第，現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)庫(kù)為GIS系統(tǒng)的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)和資源的建設(shè)基礎(chǔ);第二，各線路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)為應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)提供了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件，可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)信息的整合，節(jié)省資金的同時(shí)可以提高現(xiàn)有系統(tǒng)的利用率第三，由于線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建立，各運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)已經(jīng)具有技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)城市軌道交通的各方面建設(shè)有一定的認(rèn)識(shí)。

1.3GIS應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在的大多數(shù)城市都在不斷擴(kuò)大規(guī)模，注重郊區(qū)建設(shè)，隨著城市發(fā)展，城市軌道交通線路彼此交叉，逐漸形成城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)的，對(duì)于城市軌道交通的綜合指揮和應(yīng)急處理能力也就有更高的要求。在北美和歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家，他們已經(jīng)開(kāi)始重視將GIS技術(shù)應(yīng)用在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)調(diào)度、管理維修等能力都有所提升，應(yīng)急處理能力主要體現(xiàn)在交通事故預(yù)測(cè)中，很好的避免了一些危機(jī)的出現(xiàn)。而在國(guó)內(nèi)，GIS系統(tǒng)僅應(yīng)用于鐵路交通系統(tǒng)，在城市軌道交通系統(tǒng)中還處于零基礎(chǔ)狀態(tài)，所以，GI系統(tǒng)未來(lái)在中國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越明朗，對(duì)城市交通起到的作用不可小覷。

2.3 5kV5GIS設(shè)備二次保護(hù)的設(shè)計(jì)方案

2.135kV供電系統(tǒng)的保護(hù)方案

地鐵供電系統(tǒng)使用集中供電形式，一般采用兩級(jí)電壓供電，交流供電采用35kV電壓，環(huán)網(wǎng)接線并使用，35kV供電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)小電阻有效接地系統(tǒng)，系統(tǒng)繼電保護(hù)配置方案如下：

2.1.1 35kV進(jìn)，出線電纜

2.1.2 35kV連接母線

2.2保護(hù)原理分析

2.2.1線路差動(dòng)保護(hù)

在線路兩側(cè)裝電流互感器，再以導(dǎo)線將二次線圈同級(jí)性端子連接，并在差流回路內(nèi)加電流繼電器，兩側(cè)互感器之間線路為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以此比較線路兩側(cè)電流大小及相位。縱差保護(hù)常見(jiàn)分為環(huán)流法和均壓法環(huán)流法接線是采用同性回路的連接方式。線路正常運(yùn)作的時(shí)候或者當(dāng)有問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)候，在運(yùn)作回路當(dāng)中回出現(xiàn)環(huán)流電流。不考慮電容電流的情況下，在每一邊的電流互感器當(dāng)中流過(guò)的電流是一樣的，所以繼電器當(dāng)中沒(méi)有電流，保護(hù)裝置不需要采取行動(dòng)。均壓法接線則是把線路兩側(cè)的電流回路按照反極性的要求進(jìn)行對(duì)接，如此一來(lái)，當(dāng)一切按照預(yù)期工作或者外部出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，差動(dòng)回路當(dāng)中是不會(huì)出現(xiàn)電流的，這樣繼電器就不會(huì)進(jìn)行工作。如此一來(lái)會(huì)導(dǎo)致電流互感器進(jìn)行空載運(yùn)作，很可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱或者電壓超高。面對(duì)這些問(wèn)題，可以采取中間電流互感器進(jìn)行供電，如此一來(lái)也提高了電流互感器的工作負(fù)荷。

2.2.2過(guò)流保護(hù)與限時(shí)電流速斷保護(hù)

如果在工作運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中電路出現(xiàn)問(wèn)題或者元件出現(xiàn)了問(wèn)題，在離電源越近的地點(diǎn)，相比較而言短路的電流就會(huì)越大。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以進(jìn)行電路保護(hù)設(shè)施的構(gòu)建。如果只考慮電流突然增加的情況而設(shè)計(jì)的電路保護(hù)，被歸納為電流的速斷保護(hù)。其特征主要是有針對(duì)性的進(jìn)行保護(hù)，很難做到對(duì)整體的保護(hù);所以為了對(duì)整體線路進(jìn)行保護(hù)，可以考慮運(yùn)用具備時(shí)間限制的電流速斷和臨近線路的速斷保護(hù)進(jìn)行補(bǔ)充配合。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要因地制宜的選用保護(hù)設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2.3零序電流保護(hù)

在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，發(fā)生線路單相接地故障時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)很大的零序電流，針對(duì)這一問(wèn)題所采用的設(shè)備保護(hù)裝置，就被稱(chēng)作是零序電流保護(hù)。一般情況下會(huì)使用特定的零序俄港劇互感器來(lái)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)

3.35kV5GIS設(shè)備二次保護(hù)原理分析及應(yīng)用

3.1 35kVGIS設(shè)備選型

35kVGIS設(shè)備是應(yīng)用在地鐵中的設(shè)備，采用HMGS型開(kāi)關(guān)柜，這種型號(hào)的柜使用三相共箱的結(jié)構(gòu)，分別由電纜室、母線室、控制小室、泄壓通道、斷路器室5個(gè)獨(dú)立的隔室構(gòu)成。這種柜式結(jié)構(gòu)額定電流可以達(dá)到2500A，額定電壓可以達(dá)到40.5kV，而額定短路電流可以達(dá)到31.2kA。

3.2 35kVGIS繼電保護(hù)的應(yīng)用

以供電區(qū)進(jìn)線柜保護(hù)配置分析為例，進(jìn)行保護(hù)配置方案的介紹。主備保護(hù)的實(shí)現(xiàn)由L90線路微機(jī)光纖差動(dòng)保護(hù)繼電器和F650綜合保護(hù)繼電器構(gòu)成。

3.2.1主保

35kVGIS的主保護(hù)由L90線路微機(jī)光纖差動(dòng)保護(hù)繼電器實(shí)現(xiàn)，這動(dòng)保護(hù)功能。我們使用的主要是零序微機(jī)光纖差動(dòng)保護(hù)功能，通過(guò)線路端口零序電流動(dòng)作差值的不同，利用可編程功能，將一側(cè)端口的零序方向電流保護(hù)的信號(hào)通過(guò)光纖傳訊，傳遞給另一側(cè)端口的保護(hù)裝置L90，L90裝置在接受到電流保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)后，對(duì)兩側(cè)零序方向電流的差值進(jìn)行比較，并進(jìn)行邏輯判斷，快速識(shí)別故障區(qū)段，選擇性快速切除存有故障的區(qū)段線路。

3.2.2后備保護(hù)

F650綜合保護(hù)繼電器作為后備保護(hù)的微機(jī)綜合保護(hù)單元，該裝置提供的電流保護(hù)不僅包括完整的電壓保護(hù)如:過(guò)壓、低壓、欠壓、負(fù)序電壓保護(hù)，還包括中性點(diǎn)、相、接地及靈敏接地瞬時(shí)過(guò)流和延過(guò)流保護(hù)。進(jìn)線保護(hù)作為饋線以及出線的后備保護(hù)。

作為饋線后備保護(hù)時(shí)，進(jìn)線柜的F650綜合保護(hù)繼電器作為區(qū)段母線上所有饋線的后備保護(hù)，在饋線故障，斷路器拒動(dòng)時(shí)，饋線要保護(hù)F650發(fā)送斷路器失靈信號(hào)達(dá)到上級(jí)所有進(jìn)出線的F650綜合保護(hù)繼電器以及母聯(lián)的F650綜合保護(hù)繼電器，跳開(kāi)此段母線上所有與之聯(lián)系的母聯(lián)斷路器以及進(jìn)出線斷路器。

作為出線的后備保護(hù)時(shí)，進(jìn)線柜的F650綜合保護(hù)繼電器在區(qū)段線路故障并且出線斷路器拒動(dòng)時(shí)，出線柜上的F650綜合保護(hù)繼電器發(fā)送斷路器失靈信號(hào)至上級(jí)進(jìn)線柜的F650綜合保護(hù)繼電器，最后由進(jìn)線的F650綜合保護(hù)繼電器實(shí)現(xiàn)跳閘動(dòng)作，斷開(kāi)此區(qū)段的電流，同一環(huán)網(wǎng)上的所有其他進(jìn)線保護(hù)沒(méi)有收到斷路器拒動(dòng)信號(hào)時(shí)，保護(hù)設(shè)備不會(huì)工作。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合地鐵供電中35kV系統(tǒng)的各保護(hù)原理特性并進(jìn)行分析，確保35kVGIS設(shè)備選型時(shí)二次保護(hù)方案可以滿(mǎn)足地鐵供電系統(tǒng)中35kV電壓的要求，使電氣保護(hù)等功能能夠正常進(jìn)行，將GIS設(shè)備普遍應(yīng)用在地鐵系統(tǒng)中，促進(jìn)城市軌道交通發(fā)展，緩解城市交通壓力。

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