摘要:近年來，GIS設備在城市軌道交通中的應用越來越廣泛，尤其是在地鐵中，地鐵變電所使用的35kV系統(tǒng)的繼電保護裝置都是使用微機綜合保護測控單元，通過網(wǎng)絡接口接入綜合自動化系統(tǒng)，采用多CPU管理模式實現(xiàn)保護、測量、信息采集與控制等功能。本文就城市軌道交通中35kV5GIS設備二次保護原理的分析與應用進行探討。

引言

隨著改革開放，人民生活水平的不斷提高，人們對交通的需求不斷提高，城市軌道交通在城市的建設和發(fā)展中起著越來越重要的作用，因為其獨自行駛的特殊性，軌道交通可以起到解決城市交通擁堵的作用。隨著運行線路和路程、站點的數(shù)量不斷增加，軌道交通網(wǎng)絡已經(jīng)逐漸成形。

1.地理信息系統(tǒng)（GIS）應用

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)，簡稱SCADA，這種系統(tǒng)是以計算機為基礎的控制與調(diào)度自動化的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以實時對軌道交通設備進行監(jiān)控，實現(xiàn)預警數(shù)據(jù)采集、參數(shù)調(diào)節(jié)等多種功能，這一系統(tǒng)可以實現(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)行。GIS是在計算機軟件及設備硬件支持下，以特殊的格式輸入輸出存貯顯示地理空間查詢的工具，這種系統(tǒng)由計算機技術、通信技術數(shù)據(jù)庫等多種技術組合應用而成，可實現(xiàn)高級圖形處理、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)，能夠起到互相補充缺點的作用，SADA系統(tǒng)中無法將實施監(jiān)到的數(shù)據(jù)進行表達、統(tǒng)計，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。

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取得優(yōu)越成績，“以人為本”的理念在軌道交通中得到貫徹落實，線路綜合系統(tǒng)的建設使得軌道交通的調(diào)度指揮和協(xié)調(diào)運行能力得到大幅度提高，由此可見，城市軌道交通引入GIS具體原因體現(xiàn)在幾個方面，第，現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)庫為GIS系統(tǒng)的建設提供了數(shù)據(jù)和資源的建設基礎;第二，各線路監(jiān)控系統(tǒng)的建設為應用系統(tǒng)的建設提供了網(wǎng)絡技術條件，可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術進行系統(tǒng)信息的整合，節(jié)省資金的同時可以提高現(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，各運營管理部門已經(jīng)具有技術隊伍，對城市軌道交通的各方面建設有一定的認識。

1.3GIS應用的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在的大多數(shù)城市都在不斷擴大規(guī)模，注重郊區(qū)建設，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，相應的，對于城市軌道交通的綜合指揮和應急處理能力也就有更高的要求。在北美和歐洲一些發(fā)達國家，他們已經(jīng)開始重視將GIS技術應用在城市軌道交通網(wǎng)絡中，對于城市軌道交通的運營調(diào)度、管理維修等能力都有所提升，應急處理能力主要體現(xiàn)在交通事故預測中，很好的避免了一些危機的出現(xiàn)。而在國內(nèi)，GIS系統(tǒng)僅應用于鐵路交通系統(tǒng)，在城市軌道交通系統(tǒng)中還處于零基礎狀態(tài)，所以，GI系統(tǒng)未來在中國的發(fā)展趨勢會越來越明朗，對城市交通起到的作用不可小覷。

2.3 5kV5GIS設備二次保護的設計方案

2.135kV供電系統(tǒng)的保護方案

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

2.1.1 35kV進，出線電纜

2.1.2 35kV連接母線

2.2保護原理分析

2.2.1線路差動保護

在線路兩側(cè)裝電流互感器，再以導線將二次線圈同級性端子連接，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)差動保護以此比較線路兩側(cè)電流大小及相位。縱差保護常見分為環(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。線路正常運作的時候或者當有問題出現(xiàn)的時候，在運作回路當中回出現(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中流過的電流是一樣的，所以繼電器當中沒有電流，保護裝置不需要采取行動。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行對接，如此一來，當一切按照預期工作或者外部出現(xiàn)問題的時候，差動回路當中是不會出現(xiàn)電流的，這樣繼電器就不會進行工作。如此一來會導致電流互感器進行空載運作，很可能導致設備發(fā)熱或者電壓超高。面對這些問題，可以采取中間電流互感器進行供電，如此一來也提高了電流互感器的工作負荷。

2.2.2過流保護與限時電流速斷保護

如果在工作運行的過程當中電路出現(xiàn)問題或者元件出現(xiàn)了問題，在離電源越近的地點，相比較而言短路的電流就會越大。針對這一現(xiàn)象，可以進行電路保護設施的構(gòu)建。如果只考慮電流突然增加的情況而設計的電路保護，被歸納為電流的速斷保護。其特征主要是有針對性的進行保護，很難做到對整體的保護;所以為了對整體線路進行保護，可以考慮運用具備時間限制的電流速斷和臨近線路的速斷保護進行補充配合。在進行設計時，需要因地制宜的選用保護設備，以此實現(xiàn)對工作目標的實現(xiàn)。

2.2.3零序電流保護

在中性點直接接地的電網(wǎng)中，發(fā)生線路單相接地故障時，可能會出現(xiàn)很大的零序電流，針對這一問題所采用的設備保護裝置，就被稱作是零序電流保護。一般情況下會使用特定的零序俄港劇互感器來對其進行相應的保護

3.35kV5GIS設備二次保護原理分析及應用

3.1 35kVGIS設備選型

35kVGIS設備是應用在地鐵中的設備，采用HMGS型開關柜，這種型號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個獨立的隔室構(gòu)成。這種柜式結(jié)構(gòu)額定電流可以達到2500A，額定電壓可以達到40.5kV，而額定短路電流可以達到31.2kA。

3.2 35kVGIS繼電保護的應用

以供電區(qū)進線柜保護配置分析為例，進行保護配置方案的介紹。主備保護的實現(xiàn)由L90線路微機光纖差動保護繼電器和F650綜合保護繼電器構(gòu)成。

3.2.1主保

35kVGIS的主保護由L90線路微機光纖差動保護繼電器實現(xiàn)，這動保護功能。我們使用的主要是零序微機光纖差動保護功能，通過線路端口零序電流動作差值的不同，利用可編程功能，將一側(cè)端口的零序方向電流保護的信號通過光纖傳訊，傳遞給另一側(cè)端口的保護裝置L90，L90裝置在接受到電流保護的動作信號后，對兩側(cè)零序方向電流的差值進行比較，并進行邏輯判斷，快速識別故障區(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

F650綜合保護繼電器作為后備保護的微機綜合保護單元，該裝置提供的電流保護不僅包括完整的電壓保護如:過壓、低壓、欠壓、負序電壓保護，還包括中性點、相、接地及靈敏接地瞬時過流和延過流保護。進線保護作為饋線以及出線的后備保護。

作為饋線后備保護時，進線柜的F650綜合保護繼電器作為區(qū)段母線上所有饋線的后備保護，在饋線故障，斷路器拒動時，饋線要保護F650發(fā)送斷路器失靈信號達到上級所有進出線的F650綜合保護繼電器以及母聯(lián)的F650綜合保護繼電器，跳開此段母線上所有與之聯(lián)系的母聯(lián)斷路器以及進出線斷路器。

作為出線的后備保護時，進線柜的F650綜合保護繼電器在區(qū)段線路故障并且出線斷路器拒動時，出線柜上的F650綜合保護繼電器發(fā)送斷路器失靈信號至上級進線柜的F650綜合保護繼電器，最后由進線的F650綜合保護繼電器實現(xiàn)跳閘動作，斷開此區(qū)段的電流，同一環(huán)網(wǎng)上的所有其他進線保護沒有收到斷路器拒動信號時，保護設備不會工作。

結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合地鐵供電中35kV系統(tǒng)的各保護原理特性并進行分析，確保35kVGIS設備選型時二次保護方案可以滿足地鐵供電系統(tǒng)中35kV電壓的要求，使電氣保護等功能能夠正常進行，將GIS設備普遍應用在地鐵系統(tǒng)中，促進城市軌道交通發(fā)展，緩解城市交通壓力。

參考文獻:

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