城市轨道交通中35kV GIS设备二次保护原理的分析与应用

摘要:近年来，GIS设备在城市轨道交通中的应用越来越广泛，尤其是在地铁中，地铁变电所使用的35kV系统的继电保护装置都是使用微机综合保护测控单元，通过网络接口接入综合自动化系统，采用多CPU管理模式实现保护、测量、信息采集与控制等功能。本文就城市轨道交通中35kV5GIS设备二次保护原理的分析与应用进行探讨。

引言

随着改革开放，人民生活水平的不断提高，人们对交通的需求不断提高，城市轨道交通在城市的建设和发展中起着越来越重要的作用，因为其独自行驶的特殊性，轨道交通可以起到解决城市交通拥堵的作用。随着运行线路和路程、站点的数量不断增加，轨道交通网络已经逐渐成形。

1.地理信息系统（GIS）应用

1.1GIS系统

城市轨道交通的调度指挥系统普遍使用的是监督控制与数据采集系统，简称SCADA，这种系统是以计算机为基础的控制与调度自动化的系统，这种系统可以实时对轨道交通设备进行监控，实现预警数据采集、参数调节等多种功能，这一系统可以实现大范围联网行。GIS是在计算机软件及设备硬件支持下，以特殊的格式输入输出存贮显示地理空间查询的工具，这种系统由计算机技术、通信技术数据库等多种技术组合应用而成，可实现高级图形处理、数据综合分析、辅助决策等功能。GIS与SCADA系统是相互支撑、相辅相成的两种系统，能够起到互相补充缺点的作用，SADA系统中无法将实施监到的数据进行表达、统计，分析，而GIS可以帮助其完成这些工作，引入GIS后，现存的控制系统功能将增强。

1.2城市轨道交通调度指挥引入GIS的必要性

城市轨道交通信息化工作今年来取得优越成绩，“以人为本”的理念在轨道交通中得到贯彻落实，线路综合系统的建设使得轨道交通的调度指挥和协调运行能力得到大幅度提高，由此可见，城市轨道交通引入GIS具体原因体现在几个方面，第，现有的空间数据库为GIS系统的建设提供了数据和资源的建设基础;第二，各线路监控系统的建设为应用系统的建设提供了网络技术条件，可以将现有的网络技术进行系统信息的整合，节省资金的同时可以提高现有系统的利用率第三，由于线路综合监控系统的建立，各运营管理部门已经具有技术队伍，对城市轨道交通的各方面建设有一定的认识。

1.3GIS应用的发展趋势

现在的大多数城市都在不断扩大规模，注重郊区建设，随着城市发展，城市轨道交通线路彼此交叉，逐渐形成城市轨道交通网络，相应的，对于城市轨道交通的综合指挥和应急处理能力也就有更高的要求。在北美和欧洲一些发达国家，他们已经开始重视将GIS技术应用在城市轨道交通网络中，对于城市轨道交通的运营调度、管理维修等能力都有所提升，应急处理能力主要体现在交通事故预测中，很好的避免了一些危机的出现。而在国内，GIS系统仅应用于铁路交通系统，在城市轨道交通系统中还处于零基础状态，所以，GI系统未来在中国的发展趋势会越来越明朗，对城市交通起到的作用不可小觑。

2.3 5kV5GIS设备二次保护的设计方案

2.135kV供电系统的保护方案

地铁供电系统使用集中供电形式，一般采用两级电压供电，交流供电采用35kV电压，环网接线并使用，35kV供电系统采用中性点小电阻有效接地系统，系统继电保护配置方案如下：

2.1.1 35kV进，出线电缆

2.1.2 35kV连接母线

2.2保护原理分析

2.2.1线路差动保护

在线路两侧装电流互感器，再以导线将二次线圈同级性端子连接，并在差流回路内加电流继电器，两侧互感器之间线路为纵联差动保护以此比较线路两侧电流大小及相位。纵差保护常见分为环流法和均压法环流法接线是采用同性回路的连接方式。线路正常运作的时候或者当有问题出现的时候，在运作回路当中回出现环流电流。不考虑电容电流的情况下，在每一边的电流互感器当中流过的电流是一样的，所以继电器当中没有电流，保护装置不需要采取行动。均压法接线则是把线路两侧的电流回路按照反极性的要求进行对接，如此一来，当一切按照预期工作或者外部出现问题的时候，差动回路当中是不会出现电流的，这样继电器就不会进行工作。如此一来会导致电流互感器进行空载运作，很可能导致设备发热或者电压超高。面对这些问题，可以采取中间电流互感器进行供电，如此一来也提高了电流互感器的工作负荷。

2.2.2过流保护与限时电流速断保护

如果在工作运行的过程当中电路出现问题或者元件出现了问题，在离电源越近的地点，相比较而言短路的电流就会越大。针对这一现象，可以进行电路保护设施的构建。如果只考虑电流突然增加的情况而设计的电路保护，被归纳为电流的速断保护。其特征主要是有针对性的进行保护，很难做到对整体的保护;所以为了对整体线路进行保护，可以考虑运用具备时间限制的电流速断和临近线路的速断保护进行补充配合。在进行设计时，需要因地制宜的选用保护设备，以此实现对工作目标的实现。

2.2.3零序电流保护

在中性点直接接地的电网中，发生线路单相接地故障时，可能会出现很大的零序电流，针对这一问题所采用的设备保护装置，就被称作是零序电流保护。一般情况下会使用特定的零序俄港剧互感器来对其进行相应的保护

3.35kV5GIS设备二次保护原理分析及应用

3.1 35kVGIS设备选型

35kVGIS设备是应用在地铁中的设备，采用HMGS型开关柜，这种型号的柜使用三相共箱的结构，分别由电缆室、母线室、控制小室、泄压通道、断路器室5个独立的隔室构成。这种柜式结构额定电流可以达到2500A，额定电压可以达到40.5kV，而额定短路电流可以达到31.2kA。

3.2 35kVGIS继电保护的应用

以供电区进线柜保护配置分析为例，进行保护配置方案的介绍。主备保护的实现由L90线路微机光纤差动保护继电器和F650综合保护继电器构成。

3.2.1主保

35kVGIS的主保护由L90线路微机光纤差动保护继电器实现，这动保护功能。我们使用的主要是零序微机光纤差动保护功能，通过线路端口零序电流动作差值的不同，利用可编程功能，将一侧端口的零序方向电流保护的信号通过光纤传讯，传递给另一侧端口的保护装置L90，L90装置在接受到电流保护的动作信号后，对两侧零序方向电流的差值进行比较，并进行逻辑判断，快速识别故障区段，选择性快速切除存有故障的区段线路。

3.2.2后备保护

F650综合保护继电器作为后备保护的微机综合保护单元，该装置提供的电流保护不仅包括完整的电压保护如:过压、低压、欠压、负序电压保护，还包括中性点、相、接地及灵敏接地瞬时过流和延过流保护。进线保护作为馈线以及出线的后备保护。

作为馈线后备保护时，进线柜的F650综合保护继电器作为区段母线上所有馈线的后备保护，在馈线故障，断路器拒动时，馈线要保护F650发送断路器失灵信号达到上级所有进出线的F650综合保护继电器以及母联的F650综合保护继电器，跳开此段母线上所有与之联系的母联断路器以及进出线断路器。

作为出线的后备保护时，进线柜的F650综合保护继电器在区段线路故障并且出线断路器拒动时，出线柜上的F650综合保护继电器发送断路器失灵信号至上级进线柜的F650综合保护继电器，最后由进线的F650综合保护继电器实现跳闸动作，断开此区段的电流，同一环网上的所有其他进线保护没有收到断路器拒动信号时，保护设备不会工作。

结语

综上所述，本文结合地铁供电中35kV系统的各保护原理特性并进行分析，确保35kVGIS设备选型时二次保护方案可以满足地铁供电系统中35kV电压的要求，使电气保护等功能能够正常进行，将GIS设备普遍应用在地铁系统中，促进城市轨道交通发展，缓解城市交通压力。

参考文献:

[1]马文昭.轨道交通环境与设备监控系统设计[D].安徽理工大学，2013

[2]罗易东.苏州地铁采用的35kVGIS设备二次保护方案[J].中国新技术新产品，2009(07):105