城市轨道交通供电系统数字通信过电流保护方案优化

陈耿锐

【摘  要】为保障数字通信网络有序工作，不仅其需要实现用户信息传输，还需要保证正常通话过程中各种控制信号的传输，包括挂机、摘机、忙音、振铃、呼叫及应答等相关信号，将与通信有关的所有控制信号统称为信令。信令的有效控制实现了通信网络不同环节之间的有效传输，同时各个环节协调处理最终通过相互作用保障不同过程和环节之间的控制与操作，实现用户信息的可靠高效传输。信令通过信号形式的差异可以分为模拟信令（音频信令）和数字信令两种模式。数字信令具有容量大、速度快、组码数量大、电路便于集成等一系列优点，目前数字信令已成为公用移动通信网络中最常用形式。

【关键词】 城市轨道交通;供电系统;数字通信;过电流保护

前言

列车和车站以及维护人员不仅可通过数字通信系统开展日常工作，还可实时调度列车的运行。工作人员只需要在电脑上下达运行任务，系统程序就会自动分析并根据信息进行相应的安排，有效避免了人工调度可能会发生疏漏等问题。同时，数字通信系统还可以实现远程调控，即使在通信拥挤的情况下也会将调度指令及时准确传送。

1运行事故案例

1.1事故經过

现场的一次系统接线，区间的进、出线柜均配置了线路差动保护装置作为主保护单元，配置综合保护测控装置（数字通信过电流保护装置）作为后备保护单元。当区间线路d1故障时，线路两侧的线路差动保护装置和综合保护测控装置均可同时跳闸切除故障。现场B站停电进行正线环网切换，切换完成后恢复供电过程中，B站AC33kV综合保护测控装置及C站综合保护测控装置均出现数字通信过电流保护误跳情况。

1.2事故原因

出现误跳情况的开关现场故障录波波形，从波形可以看出当B站开始送电变压器启动过程中存在励磁涌流，三相电流的波形符合励磁涌流波形的特征，这种情况下理论上继电保护装置不应该发生数字通信过电流保护动作，但线路两端的继电保护装置都发生了数字通信过电流保护动作。经询问及现场查看发现B站出线柜的继电保护装置数字通信过电流保护动作值设定为1.48A。C站进线柜继电保护装置的数字通信过电流保护动作值设定为1.11A。分析波形可以看出，Ic相所产生的励磁涌流在T2附近达到了1.11A的数字通信过电流保护的启动值，发现，Ia、Ib、Ic都没有达到1.48A的数字通信过电流保护的启动值。根据数字通信过电流保护的保护逻辑关系，在光纤通讯正常的情况下，本侧或对侧有一侧达到过流启动，另一侧未达到过流启动，在一定时延内，相数字通信过电流保护启动。继电保护装置的数字通信过电流保护动作是正确的。因现场对侧站处于运行状态，经现场大量分析后建议电调将该段馈线全部分开，利用母联对该段母排供电，送电成功，后续分别对馈线进行送电亦成功，本站直流牵引用电恢复。现场检查该段2台动力变正常，无烧焦味、无放电。下载录波，进出线波形无明显故障电流。这也从侧面验证了是由于变压器空投产生的励磁涌流引起继电保护装置数字通信过电流保护误动作。在中压供电系统中，变压器空投产生励磁涌流是正常现象，一般都会在保护设计及整定值设计时考虑励磁涌流对二次保护系统的影响，在定值整定中避免励磁涌流引起的保护误动。经与设计方沟通现场定值组整定确实考虑了这方面影响。从现场查看情况可以看到，该线路两侧数字通信过电流保护启动定值不一致，C站保护定值明显偏小。通常情况下线路两侧数字通信过电流保护定值应该保持一致，后经询问设计方了解到在设计阶段B站的二次变比为300∶1，C站的二次变比为400∶1，设计通过二次变比计算出保护整定值，B、C两站定值均无错误。但在具体实施阶段为使两侧二次变比保持一致，对C站二次变比进行变更为300∶1，但定值未进行变更依然使用原整定定值，故造成线路两侧数字通信过电流保护整定值不一致。在上述分析中保护动作启动及保护动作过程均符合现场保护设定及保护整定范围，经检查其他回路不存在故障，考虑图2～3录波波形为典型的变压器励磁涌流波形，综合现场定值设置情况分析，确定事故原因为两侧数字通信过电流保护过流启动定值不匹配。同时，在检验分析中发现当两侧过流启动值设定一致，但当一侧保护装置检测到馈线波动电流达到整定值临界点时，数字通信过电流保护也会启动。经过大量的分析，发现数字通信过电流保护逻辑未判定过电流的由来，所以当馈线变压器产生励磁涌流引起母线电流变化时，继电保护装置只是判定两侧有无电流达到启动值，未对故障点进行判定。当且有一侧电流达到启动值，另一侧未启动时保护动作。

2优化方案

数字通信过电流保护的误动作是由于线路两侧过电流整定值不匹配引起的，线路两侧的一侧由于定值整定较小，变压器励磁涌流达到了过电流整定值从而启动保护。而馈线变压器励磁涌流产生的涌流电流应为站内感应电流，当涌流电流过大时应由站内保护动作跳开断路器起到保护作用，而不是由区间线路保护动作跳开两侧断路器。但由于现阶段的数字通信过电流保护只判定是否有启动电流，且保护时延较短，当检测到过电流时，未等站内保护响应，该保护就先启动，从而导致数字通信过电流保护误动作。针对该情况，提出优化解决方案如下。优化数字通信过电流保护逻辑，在两侧都增加一个方向元件，即当继电保护装置采集到电流并判定电流方向后，数字过电流保护才会启动。为优化后典型的数字过电流保护方案逻辑，数字通信过电流保护在装置间只传递有无启动信号，由装置判定通信情况。光纤通信正常，若本侧无过流启动，此时电流从母线流出，而对侧有过流启动;若电流从母线流出，则两侧电流方向相同，数字通信过电流保护启动;若电流流向母线，则两侧电流方向相反，数字通信过电流保护闭锁。以B、C站为例。当B站馈线变压器同时启动从而产生励磁涌流，引起母线电流变化。结合上述事件分析，因C站数字通信过电流保护启动值设定的较小，变化电流达到了过电流启动值，而B站启动值设定的较大一些，变化电流未达到启动值，根据原逻辑判定有一侧启动，数字通信过电流保护启动。如果使用优化方案，增加方向元件闭锁逻辑，根据供电系统特性，电流从电源点流向故障点（假设B站馈线变压器为故障点），此时B站电流从母线流向馈线开关，而C站电流从线路流向B站母线，两侧电流方向相反，数字通信过电流保护闭锁。而在其他线路区间保护中，当线路中发生故障或接地时，根据电流从电源点流向故障点这一特性结合35kV供电系统特点，线路两侧均由母线电流流向区间故障点.

结束语

数字通信过电流保护在地铁供电系统具有重要意义，可与光纤纵差保护配合使用，解决“光纤纵差保护+过电流保护”的保护配置方案局限性问题，是城市轨道交通供电系统的发展趋势。但现阶段的保护逻辑、定值整定等方面依然有进一步优化的空间，即存在电流方向无法判定而导致保护误动作的问题。本文主要是提出了一种对保护逻辑优化的方案，即在线路两侧增加方向元件闭锁逻辑，通过检测线路两侧电流方向准确点位故障位置，从而闭锁数字通信过电流保护，避免数字通信过电流保护误动作，保证继电保护装置动作的准确性。

参考文献：

[1]高云霞，立天.地铁供电系统电流选跳保护及方案优化[J].现代城市轨道交通，2011（4）：1-4.

[2]李景坤.地铁中压环网数字通信过电流保护方案[J].都市快轨交通，2014，27（3）：104-107.