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摘要：地铁变电系统是地铁的重要组成部分，其保护装置的正确选用能够确保地体运行的安全。本文分析了地铁供电系统的构成，并探讨了保护装置的选用。
关键词：地铁；变电系统；保护装置
中图分类号：U231文献标识码： A
一、地铁供电系统的构成
根据功能的不同，地铁供电系统一般划分为以下几部分：外部电源；主变电所；牵引供电系统；动力照明系统；杂散电流腐蚀防护系统；电力监控系统。
（一）外部电源
地铁供电系统的外部电源就是地铁供电系统主变电所供电的外部城市电网电源。外部电源方案的形式有集中式供电、分散式供电、混合式供电。集中式供电通常从城市电网110kV侧引入两回电源，按照地铁设计规范要求，至少有一回电源为专线。
（二）主变电所
主变电所的功能是接受城网高压电源（通常为110kV），经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源（通常为35kV或10kV），主变电所适用于集中式供电。主变电所接线方式为线变式或桥型接线。
（三）牵引供电系统
牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网由架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种悬挂方式，大多数工程利用走行轨兼作回流网；少数工程单独设置回流轨。
（四）动力照明供电系统
动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kV）降压变成交流220/380V电压，为运营需要的各种机电设备提供电源。
（五）杂散电流腐蚀防护系统
杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。
（六）电力监控系统
电力监控系统的功能是实时对地铁变电所、接触网设备进行远程数据采集和监控。在城市轨道交通控制中心，通过调度端、通信通道和变电所综合自动化系统对主要电气设备进行四遥控制，实现对整个供电系统的运营调度和管理。
二、地铁变电系统保护装置的选用
电气化铁路由于其本身的特殊性，使得牵引供电网的结构比一般配电网馈电线路更为复杂，对继电保护装置动作的可靠性要求也更高。因此，地鐵供电系统保护的配置必须合理、规范、准确，应满足保护的速断性、可靠性、选择性、灵敏性的要求。为保证牵引供电系统安全运行和接触网的安全供电，有效切除供电系统的各种故障，供电系统都成功采用2次继电保护系统，快速有效的切断各类故障点，防止扩大停电范围，同时最大限度的改变供电运行方式，例如退出故障牵引所，解除联跳信号，利用牵引大双边供电，可以及时恢复接触网供电，以保证地铁的正常运行不受影响。下面对地铁变电系统保护装置的一般选用进行分析，并对重点装置进行深入介绍。
（一）地铁变电系统中根据一次设备选择对应配置的保护装置在选用地铁变电系统保护装置时，应当充分结合保护原则，根据工作原理并结合地铁变电系统的实际设备进行保护配置。
（1）主变电所110kV的主变压器应配置主变差动保护为主保护，变压器的差动保护主要是用来保护变压器内部、套管以及引出线上的相间短路，同时也可以保护单相层间短路和接地短路；根据变压器的内部故障还应装设瓦斯保护，瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成。瓦斯继电器装在变压器油箱与油枕的连接管上，当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化，利用这个特点构成的保护；变压器还要配置过流保护作为后
备保护。国内的南瑞RCS-978系列变压器保护装置技术已经很成熟可以选择。
（2）牵引混合降压变电所的35kV进出线应配置线路光纤差动保护、过流保护、零序过流保护，保护由进口的西门子7SD61、7SJ63继电保护装置来实现。
（3）35kV整流变压器应配置电流速断保护、过流保护、零序过流保护、过负荷保护、变压器温度保护；整流器应配置过电压、温度、二极管、过电流、逆流保护，整流变压器与整流器组成整流系统相关保护可以由西门子保护7SJ63继电保护装置与整流器的PLC装置共同配合来实现。
（4）直流1500V进线应配置大电流脱扣保护、逆流保护的；直流1500V馈线应配置大电流脱扣保护、di/dt+△I、电流速断保护、过电流保护、双边联跳保护、低电压保护以上功能可以选择西门子保护DCP106装置；全所设备在负极柜设有一套框架泄漏保护选择西门子保护DCP116装置。
（二）牵引变电所内直流保护的配置
牵引变电所内的直流系统的故障形式主要有：短路故障，过负荷故障，过压故障等等，最常见的也是危害最大的是短路故障。从本质上讲，短路故障有两种类型，一种是正极对负极短路，另一种是正极对大地短路。所内配置的多数保护都是为了切除前一种故障，框架保护则是为了切除后一种故障。
牵引变电所内的直流保护系统必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸。后备保护的存在增加了故障切除的可靠性，同时也增加了与主保护配合的难度，所以保护的配置也不宜过多。不同的牵引变电所其电气特性不同，运行要求不同，所以保护装置的整定值不同，甚至保护的配置亦不相同。通常，牵引变电所内的直流保护安装于开关柜中，其可能的配置如下：
1、馈线柜
大电流脱扣保护、电流上升率保护、定时限过流保护、低电压保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护、自动重合闸
2、进线柜
大电流脱扣保护、逆流保护
3、负极柜
框架保护
4、轨道电压限制装置
轨道电压限制保护
（三）直流框架保护
直流框架保护的设置是由于直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，原有的直流保护起不到应有的作用，为保护直流设备的安全，及时切除直流设备内的各种短路故障，直流系统设置了直流框架保护，一旦发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏，框架保护动作，使有关直流开关跳闸断电，有效切断故障，从而保护设备安全。
1、电流型框架保护、电压型框架保护原理
电流型框架保护主要检测设备外壳对地的电流;电压型框架保护检测的是设备外壳对直流设备负极之间的电压，由于小电阻可以忽略不计；设备外壳可认为直接接地，钢轨是和直流设备负母排相连的，所以电压型检测的电压相当于钢轨和地之间的电压。
2、电流型框架保护、电压型框架保护动作特性
(1)直流系统正常运行情况下，设备绝缘良好，电流型框架保护电流回路电流为零，装置不动作。
(2)当直流设备绝缘发生变化，设备对柜体外壳放电或短路时，电流回路电流达到整定值（大于80A），电流型框架保护动作，向交直流开关发出跳闸命令。
(3)由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、钢筋等金属体的电化学腐蚀，钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不确定的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从而设备发生绝缘下降而电流型框架保护没动作的情况。
参考文献
[1]薛小强,赵垒,王晓博.地铁牵引变电所高压直流开关无法合闸故障的处理[J].城市轨道交通研究,2013年5期.
[2]王明飞,赵雪.整流变压器与整流器之间保护死区分析[J].城市轨道交通研究, 2013年1期.
关键词：地铁；变电系统；保护装置
中图分类号：U231文献标识码： A
一、地铁供电系统的构成
根据功能的不同，地铁供电系统一般划分为以下几部分：外部电源；主变电所；牵引供电系统；动力照明系统；杂散电流腐蚀防护系统；电力监控系统。
（一）外部电源
地铁供电系统的外部电源就是地铁供电系统主变电所供电的外部城市电网电源。外部电源方案的形式有集中式供电、分散式供电、混合式供电。集中式供电通常从城市电网110kV侧引入两回电源，按照地铁设计规范要求，至少有一回电源为专线。
（二）主变电所
主变电所的功能是接受城网高压电源（通常为110kV），经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源（通常为35kV或10kV），主变电所适用于集中式供电。主变电所接线方式为线变式或桥型接线。
（三）牵引供电系统
牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网由架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种悬挂方式，大多数工程利用走行轨兼作回流网；少数工程单独设置回流轨。
（四）动力照明供电系统
动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kV）降压变成交流220/380V电压，为运营需要的各种机电设备提供电源。
（五）杂散电流腐蚀防护系统
杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。
（六）电力监控系统
电力监控系统的功能是实时对地铁变电所、接触网设备进行远程数据采集和监控。在城市轨道交通控制中心，通过调度端、通信通道和变电所综合自动化系统对主要电气设备进行四遥控制，实现对整个供电系统的运营调度和管理。
二、地铁变电系统保护装置的选用
电气化铁路由于其本身的特殊性，使得牵引供电网的结构比一般配电网馈电线路更为复杂，对继电保护装置动作的可靠性要求也更高。因此，地鐵供电系统保护的配置必须合理、规范、准确，应满足保护的速断性、可靠性、选择性、灵敏性的要求。为保证牵引供电系统安全运行和接触网的安全供电，有效切除供电系统的各种故障，供电系统都成功采用2次继电保护系统，快速有效的切断各类故障点，防止扩大停电范围，同时最大限度的改变供电运行方式，例如退出故障牵引所，解除联跳信号，利用牵引大双边供电，可以及时恢复接触网供电，以保证地铁的正常运行不受影响。下面对地铁变电系统保护装置的一般选用进行分析，并对重点装置进行深入介绍。
（一）地铁变电系统中根据一次设备选择对应配置的保护装置在选用地铁变电系统保护装置时，应当充分结合保护原则，根据工作原理并结合地铁变电系统的实际设备进行保护配置。
（1）主变电所110kV的主变压器应配置主变差动保护为主保护，变压器的差动保护主要是用来保护变压器内部、套管以及引出线上的相间短路，同时也可以保护单相层间短路和接地短路；根据变压器的内部故障还应装设瓦斯保护，瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成。瓦斯继电器装在变压器油箱与油枕的连接管上，当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化，利用这个特点构成的保护；变压器还要配置过流保护作为后
备保护。国内的南瑞RCS-978系列变压器保护装置技术已经很成熟可以选择。
（2）牵引混合降压变电所的35kV进出线应配置线路光纤差动保护、过流保护、零序过流保护，保护由进口的西门子7SD61、7SJ63继电保护装置来实现。
（3）35kV整流变压器应配置电流速断保护、过流保护、零序过流保护、过负荷保护、变压器温度保护；整流器应配置过电压、温度、二极管、过电流、逆流保护，整流变压器与整流器组成整流系统相关保护可以由西门子保护7SJ63继电保护装置与整流器的PLC装置共同配合来实现。
（4）直流1500V进线应配置大电流脱扣保护、逆流保护的；直流1500V馈线应配置大电流脱扣保护、di/dt+△I、电流速断保护、过电流保护、双边联跳保护、低电压保护以上功能可以选择西门子保护DCP106装置；全所设备在负极柜设有一套框架泄漏保护选择西门子保护DCP116装置。
（二）牵引变电所内直流保护的配置
牵引变电所内的直流系统的故障形式主要有：短路故障，过负荷故障，过压故障等等，最常见的也是危害最大的是短路故障。从本质上讲，短路故障有两种类型，一种是正极对负极短路，另一种是正极对大地短路。所内配置的多数保护都是为了切除前一种故障，框架保护则是为了切除后一种故障。
牵引变电所内的直流保护系统必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸。后备保护的存在增加了故障切除的可靠性，同时也增加了与主保护配合的难度，所以保护的配置也不宜过多。不同的牵引变电所其电气特性不同，运行要求不同，所以保护装置的整定值不同，甚至保护的配置亦不相同。通常，牵引变电所内的直流保护安装于开关柜中，其可能的配置如下：
1、馈线柜
大电流脱扣保护、电流上升率保护、定时限过流保护、低电压保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护、自动重合闸
2、进线柜
大电流脱扣保护、逆流保护
3、负极柜
框架保护
4、轨道电压限制装置
轨道电压限制保护
（三）直流框架保护
直流框架保护的设置是由于直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，原有的直流保护起不到应有的作用，为保护直流设备的安全，及时切除直流设备内的各种短路故障，直流系统设置了直流框架保护，一旦发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏，框架保护动作，使有关直流开关跳闸断电，有效切断故障，从而保护设备安全。
1、电流型框架保护、电压型框架保护原理
电流型框架保护主要检测设备外壳对地的电流;电压型框架保护检测的是设备外壳对直流设备负极之间的电压，由于小电阻可以忽略不计；设备外壳可认为直接接地，钢轨是和直流设备负母排相连的，所以电压型检测的电压相当于钢轨和地之间的电压。
2、电流型框架保护、电压型框架保护动作特性
(1)直流系统正常运行情况下，设备绝缘良好，电流型框架保护电流回路电流为零，装置不动作。
(2)当直流设备绝缘发生变化，设备对柜体外壳放电或短路时，电流回路电流达到整定值（大于80A），电流型框架保护动作，向交直流开关发出跳闸命令。
(3)由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、钢筋等金属体的电化学腐蚀，钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不确定的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从而设备发生绝缘下降而电流型框架保护没动作的情况。
参考文献
[1]薛小强,赵垒,王晓博.地铁牵引变电所高压直流开关无法合闸故障的处理[J].城市轨道交通研究,2013年5期.
[2]王明飞,赵雪.整流变压器与整流器之间保护死区分析[J].城市轨道交通研究, 2013年1期.