一种城轨环网供电继电保护配置方案

一种城轨环网供电继电保护配置方案王开康(中铁第四勘察设计院集团有限公司,430063,武汉//工程师)摘 要 继电保护方案与供电系统方案密切相关。

针对城轨环网供电分区内变电所较多时保护选择性配合困难的问题,介绍了一种采用微机保护测控装置闭锁过流逻辑功能实现的解决方案。

该方案的关键在于硬接点信号闭锁保护功能的可靠性。

灵活应用微机保护测控装置的闭锁过流功能及微机保护测控装置的逻辑可编程功能,可以较好地解决环网供电分区内变电所较多时,保护选择性配合困难的问题。

关键词 城市轨道交通;环网;继电保护;闭锁过流逻辑中图分类号 U231+.8;T M774A R elay Protecti on Conf i gu ration Sch e m e for Urban Rail R i ng N et work Po w er Supp l yW ang K a i kangAbstract It is difficult to select a relay pro tecti on w hen the re are m o re s ubsta tion i n each r i ng net w o rk pow er supply subre g i on o f urban ra il transi.t Th is paper descr i bes a so luti on by u si ng L atchi ng O vercurrent L og i c o f t he m i c ro com puter com pre hensi ve pro tec ti on,w h i ch m ay be a refe rence fo r urban ra il transit e l ectrical eng i neer s.K ey words urban rai;l ring net w o rk;re lay pro tecti on;latc h i ng o vercurren t l o g icAu thor s address T he4th C h i na R a il w ay Survey and D esi g n G roup C o.,L t d.,430063,W uhan,Ch i na继电保护方案与供电系统方案密切相关。

城市轨道交通供电系统多采用分区双环网供电,即:将全线车站变电所划分到若干个供电分区内,每个供电分区从主变电所(开闭所)引入两回电源至分区内第一个车站变电所的、!段母线,分区内车站变电所间采用环网电缆将、!段母线分别连接在一起,形成开放式环形供电。

早期建设的轨道交通线路(如广州地铁2、3、4号线,深圳地铁1号线,南京地铁1号线,武汉地铁1号线等),在正常运行情况下,每个供电分区内包含的变电所数量在4个左右。

此时采用光纤纵差保护作为环网电缆的主保护,过流保护作为环网电缆的后备保护和母线的保护,是可行的。

近年来,轨道交通设计中开始广泛设置疏散平台,环网电缆敷设空间被压缩;同时由于供电设备、电缆生产工艺水平的提升,供电系统故障率大幅下降。

鉴于此,供电系统设计开始将每个供电分区内的变电所数量增加到7~8个,甚至更多;但电力系统提供给主变电所的过流保护延时限值通常仍然是1.2~1.6s。

这样,依靠级差延时实现过流保护的选择性已很困难,需要寻找新的保护配合方案来适应供电方案需求。

闭锁过流逻辑是利用继电器的逻辑可编程功能,将系统中某一继电器的保护启动信号采用不经延时的硬接点输出至系统中的另一台继电器,闭锁或启动该继电器的某一保护元件。

合理地利用该功能,可以很好地解决大分区供电方案下保护选择性问题。

1 方案原理通过分析典型轨道交通供电系统接线方案可以发现:无论故障发生在哪里,总可以通过比较故障点周围的继电器是否检测到短路电流来确定故障区域。

利用该特点,并结合继电器的闭锁过流逻辑功能来实现大分区下过流保护的选择性是可行的。

其具体实施方案如下所述。

1.1 保护配置方案环网进线或出线的保护配置如下。

∀纵差保护装置:线路纵差保护,过流保护。

#微机测控保护装置:过流保护(设置4段),零序过流保护(设置4段)。

∃母联。

过流保护(设置3段),零序过流保护(设置3段)。

%馈线。

过流保护,零序过流保护,断路器失灵保护,其它保护。

(注:馈线其它保护与本文所述方案关系不大,故不做详细描述,工程中按常规设置即可)。

1.2 保护整定&43&由于本方案中零序过流保护配合原理与过流保护完全一致,故以下仅对过流保护进行详细介绍。

1.2.1 延时整定环网进线、出线过流保护均整定为4段。

其中:一段过流保护延时设定为0.2s ,二段过流保护延时设定为0.4s ,初始状态下两段过流保护均为激活状态;三段过流保护用于馈线断路器失灵的后备,延时按馈线过流保护延时加断路器全分断时间考虑,一般取0.35s ;四段过流保护为纵差保护装置故障的后备,延时设定为0.2s ;三、四段过流保护初始状态为闭锁状态。

此外,利用纵差保护装置自身带的过流保护作为纵差保护光缆通道中断时的后备保护。

此过流保护延时设定为0.2s 。

母联过流保护整定为3段过流保护。

其中一段过流保护延时设定为0.2s ,二段过流保护延时设定为0.4s ,初始状态下两段过流保护均为激活状态;三段过流保护用于馈线断路器失灵的后备,一般也取0.35s ,初始状态为闭锁状态。

馈线设置1段过流保护,延时与400V 进线短延时配合,设定为0.2s 。

1.2.2 电流整定过流保护按躲过保护安装处可能出现的最大负荷电流整定,用保护区末端的最小短路电流校核灵敏度。

同一保护装置安装处的一、二、四段过流保护电流定值取相同值,并与此处的纵差保护装置自带的过流保护电流定值一致。

进线、出线、母联用于馈线断路器失灵后备的三段过流保护电流定值取所有馈线中过流保护的最小定值。

对于同一供电分区,在灵敏度满足要求的情况下,可以将各变电所进、出线过流保护整定为相同值。

1.3 保护动作逻辑系统各处保护动作逻辑见图1~10。

图1 纵差保护动作逻辑图保护动作逻辑可分为:环网进线保护动作逻辑,环网出线保护动作逻辑,母联保护动作逻辑,馈线保护动作逻辑。

注:此为保护装置不带延时的瞬时接点,用于闭锁出线、母联一段电流保护图2 过流保护动作逻辑图图3 过流保护闭锁逻辑图图4 纵差保护动作逻辑图1.4 保护动作选择性分析根据城市轨道交通交流供电系统结构特点,故障点可以归纳为馈线、母线、环网电缆等三类。

以下对不同运行方式下,此三类故障发生时保护动作选择性进行分析。

1.4.1 双电源运行方式假定图11中变电所SS3为电源侧,系统内所有变电所均处于双电源运行方式下,各处发生故障时,保护动作情况如下。

(1)环网电缆故障:正常情况下,当环网电缆(F1点)发生故障时,由纵差保护出口瞬时跳开R3、R4处断路器,切除故障。

&44&图10 过流保护闭锁逻辑图图11 正常运行方式下保护动作配合关系图当R3、R4间纵差保护光纤通道故障时,由纵差保护启动装置自带的过流保护,经0.2s延时后出口跳开R4处的断路器,切除故障;R3处因没有短路电流,保护装置不会动作。

当R4处纵差保护装置故障时,由纵差保护装置发硬接点信号(装置故障)给R4处的微机测控保护装置,启动四段过流保护,经0.2s延时后出口跳开R4处断路器,切除故障。

由于F1点发生故障时,R4、R5处均有短路电流流过,为防止保护无选择性动作,在R4、R5间设置闭锁过流逻辑:当R4检测到过流信号后,由微机测控保护装置输出一对不经延时的硬接点信号至R5,闭锁R5的一段过流保护;同理,当R5检测到过流信号后,由微机测控保护装置输出一对不经延时的硬接点信号至R4,闭锁R4的一段过流保护。

上级各站进、出线也设置同样的闭锁逻辑。

(2)母线故障:当母线(F2点)发生故障时,此时R2过流保护不起动,R3的一段过流保护启动经延时后跳开断路器;R4、R5及其它上级站过流保护同F1点故障的情况,被互相闭锁。

(3)馈线故障:当馈线(F3点)发生故障时,应由R1的一段过流保护动作切除故障。

为防止R3越级跳闸,当R1检测到过流信号后,由微机测控保护装置分别输出1对不经延时的硬接点信号至R3、R6,闭锁R3、R6的一段过流保护;同时,分别发出1对不经延时的硬接点信号启动R3、R6的三段过流保护,作为R1处断路器失灵的后备保护。

R4、R5及其它上级站过流保护同F1点故障的&&45情况,被互相闭锁。

1.4.2 单电源运行方式假定图12中变电所SS3为电源侧,系统中某变电所处于单电源(如变电所SS2电源2失电,母联开关投入)运行方式下,发生各类故障时,保护动作原理与双电源运行情况下基本相同,关键点是如何防止R3、R4、R6保护越级跳闸。

图12 单电源运行方式下保护动作配合关系图以环网电缆(F1点)发生故障为例,保护动作情况如下:1)正常情况下,由纵差保护出口瞬时跳开R1、R4处断路器,切除故障。

2)当R1、R4间纵差保护光纤通道故障时,由纵差保护启动装置自带的过流保护,经0.2s 延时后出口跳开R4处的断路器,切除故障;R1处因没有短路电流,过流保护不会动作。

3)当R4处纵差保护装置故障时,由纵差保护装置发硬接点信号(装置故障)给R4处的微机测控保护装置,启动四段过流保护,经0.2s 延时后出口跳开R4处断路器,切除故障。

4)由于F1点发生故障时,R4、R6、R3处均有短路电流流过,为防止保护无选择性动作,在R4、R6、R3间设置闭锁过流逻辑:当R4检测到过流信号后,由微机测控保护装置输出一对不经延时的硬接点信号至R6,闭锁R6的一段过流保护;当R6检测到过流信号后,由微机测控保护装置输出一对不经延时的硬接点信号至R4、R3,闭锁R4、R3的一段过流保护;当R3检测到过流信号后,由微机测控保护装置输出一对不经延时的硬接点信号至R6,闭锁R6的一段过流保护。

5)其它各类故障发生时,R3、R4、R6处的闭锁过流逻辑相同。

进、出线及母联二段过流保护(0.4s 延时)用于纵差保护及其它各段过流保护均无法正常动作时的后备。

此时各级保护间的选择性将无法保证,但考虑到此情况属于多重故障同时出现,发生的几率极小,保护的选择性不应再作为重点进行强调。

2 对继电保护装置的要求采用本文所描述的方案,继电保护装置除具有常规要求的各种功能外,还须满足以下要求。

1)纵差保护装置:具有常规的分相差动保护功能及简单的过流后备功能,具备一定的可编程逻辑能力,能够提供装置故障硬接点输出信号。

2)进或出线微机综合保护测控装置:能够提供定时限过电流、零序过电流保护,且每种保护提供4个以上相互独立的电流元件;每个元件应具有至少3个独立整定值组,以适应不同的运行方式,定值组可通过当地或远方进行切换;每个电流元件均可由外部光隔输入信号启动或闭锁;保护装置应具有不经延时的硬接点输出,且该输出接点可由用户进行定义;保护装置需具有较强的逻辑可编程能力。