广州地铁33kV开关柜选跳保护动作原理及应用分析

广州地铁 33kV开关柜选跳保护动作原理及应用分析

曾令杨

广州地铁集团有限公司 广东广州 510145

摘要： 本文通过研究广州地铁14号线及知识城线供电系统中压网络采用的电流型选跳保护技术，分析了保护的动作原理及实现方法。再以实际供电分区为例，对比总结了选跳保护之于传统差动保护的优缺点及应用前景。

关键词：广州地铁；选跳保护；差动保护；中压环网

一、概述

广州地铁大部分既有线路供电系统的中压环网进出线开关一般配置纵联光纤差动保护作为主保护，过流保护和零序电流保护作为后备保护。传统的差动保护是通过比较保护对象两端流过电流的大小和相位来实现的，是一种矢量保护。在这种差动保护中，由于要进行2个电流的矢量和计算，因此涉及到设备两端电流互感器一次和二次接线的极性问题。根据基尔霍夫定律，当线路发生内部故障时，电缆两端流入该电缆的电流矢量和不为零，差动保护即是利用该原理实现线路保护功能。

差动保护方案在大供电分区及供电方式改变如主所支援的情况下，保护配置存在选择性和速动性矛盾，亦不能对母线故障进行快速切除。目前广州地铁14号线和知识城线供电系统中压网络采用以差动保护为主保护，电流选跳保护为后备保护的保护配置方案。

二、选跳保护基本原理

电流选跳保护是基于微机保护装置间的直接通信功能提出的一种新的保护方案。它利用保护装置上的光纤模块，通过光纤接线，在保护装置之间传递信息，实现信息共享，通过对保护装置进行逻辑编程，对地铁站内及站间保护装置的电流保护动作与否进行比选、逻辑判断，快速判别线路故障区段，实现选择性地快速切除故障线路。

电流选跳保护的基本原理是根据区间线路沿线各开关是否流过故障电流判断故障区段，即当环网线路发生单一的故障时，则故障区段位于从电源侧沿供电方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。如图2所示，这是一段36kV交流环网供电系统。假设短路点发生在c段，根据供电方向，Q2是最后一个过流的开关，Q3是第一个没过流的开关，则可判断故障发生在c段，Q2、Q3开关应断开。

电流选跳保护是基于微机保护装置间的直接通信功能实现的，所以，电流选跳保护装置必须具有灵活的逻辑编程功能和装置间的直接通信功能。设备之间的信息传输时间为4ms。

如图1所示，当故障点出现在d点时，IED1至IED4均感受到过电流，IED5至IED8均无过电流，IED4是最后一个过流的保护装置，设备IED4与IED5将本身的过流与否信号互送，逻辑判断，设备IED4与IED5同时速断跳闸，从而切除故障点。

图1 保护装置连接图

图2 进出线相选跳保护逻辑图

三、现场应用分析

以邓村主所315开关供电回路为例进行分析，将以上供电系统简化成如下图所示的供电结构。在下图所示的供电图上，分别模拟上述保护配置方案中描述的可能出现的各种故障，试验保护的动作情况并记录实验数据。其中d1点模拟区间故障（线路差动保护退出），d2点模拟母线故障，d3点模拟馈线故障。

图3 供电系统简化结构图（赤草-太平）

则各类故障下保护动作情况如下：

（1）电缆线路d1点故障，F35-6为最后一个检测到过流，F35-7为第一个没有检测到过流，断路器6和7跳闸，切除线路故障。

（2）电缆线路d1点故障，6、7号断路器的F35保护装置通讯异常，则断路器6跳闸，切除线路故障。

（3）电缆线路d1点故障，6号断路器拒动，则断路器5和7跳闸，切除线路故障。

（4）母排d2点故障，F35-4和F35-5检测到过流，F35-6未检测到过流，断路器5和6跳闸，切除母排故障。

（5）母排d2点故障，5号断路器拒动，则断路器4和6跳闸，切除母线故障。

（6）馈线d3点故障，断路器8跳闸，切除馈线故障。

（7）馈线d3点故障，8号断路器拒动，则断路器5跳闸，切除馈线故障。

将以上各故障类型及对应的断路器动作情况制成表格，结果如下表所示。

四、对比分析

电流选跳保护与差动保护对比，具有以下优点：

1.电流选跳保护也是基于差动保护原理实现的，电流选跳保护属于定性保护，而差动保护属于定量保护。电流选跳保护装置之间只传递状态量信息，而不是传统的电流测量值，也不需要像差动保护装置对电流进行复杂的矢量计算，具有极高的可靠性和抗干扰能力。

2. 电流选跳保护可快速判断故障区段，不需时间配合，实现有选择性地快速跳闸，固有动作时间约35～40 ms 左右，满足选择性与速动性双重要求，达到与差动保护类似的效果。

3. 电流选跳保护具有差动保护所不具备的在光纤通信异常、断路器拒动、保护装置等故障情况下的后备保护功能。动作时间不需逐级配合，后备保护的时间通常小于过流保护的整定时间。

4. 电流选跳保护保护范围和整定值不受供电分区大小及运行方式的影响，特别适用于大分区环网接线的供电系统。

5.电流选跳保护除作为环网电缆的速动保护之外，同时还可对开关柜内部和母线故障提供快速保护，这是差动保护所不具备的。

五、结论

电流选跳保护解决方案融入了通信的技术，从而将固定的时间级差转化为动态时间级差，大大缩减了故障切除时间，同时可以最大可能性的提高供电臂的长度，在已运营的地铁线路中可随时进行延伸。既解决了线路扩容问题，也提高了设备的使用寿命。随着计算机技术以及网络技术的发展，微机保护装置的功能集成化，电流选跳保护方案的多种优点，必定使其在城市轨道交通供电系统中得到更广泛的应用。