北京地鐵牽引供電系統設置

【摘要】本文根據北京地鐵牽引供電系統的主要功能，分析了其一、二次系統設置及主要特點，由原系統存在的問題，引出牽引供電系統保護新模式——由微機控制式，井說明其可行性及優越性。
【關鍵字】地鐵 牽引供電 一、二次系統保護模式
0引言
在地鐵供電系統中，牽引供電系統由于直接給列車提供動力，占據著舉足輕重的地位。該系統的好壞直接影響整個地鐵供電系統質量的高低。如果該系統出現問題，小則影響某個變電站、幾個供電區間的輸送電，大則引起整個牽引供電系統的崩潰，給地鐵列車的正常運營造成影響。繼電保護負有保證電力系統安全、可靠工作、有效切除故障的重大使命。采用優質、可靠、靈敏、快速的繼電保護系統，是廣大電力工作者共同追求的目標。
1 地鐵牽引供電一次系統設置
地鐵牽引供電系統足直接為地鐵列車提供動力的系統，為了保證地鐵列車高速、安全、可靠、經濟、節電地運行。目前北京地鐵牽引供電的正常運行方式采用雙機組雙邊供電方式，即每個牽引變電站兩臺機組帶兩臺總閘并列向直流母線供電運行，直流母線下設四臺分閘分別向南、北洞(東、西洞)三軌供電，兩個相鄰的牽引變電站同時向站間同一饋電區間供電。另設備用閘，以便代替故障的總或分閘運行，設母線短路柜刀閘，以便在整站停電維修時保證人員及設備安全。見下圖。

圖1 地鐵變電站牽引供電系統主接線圖
2 地鐵牽引供電二次系統設置
地鐵牽引供電二次系統即繼電保護系統主要包括電量和開關量保護兩類。電量保護是實現電量控制的保護。其利用電流、電壓等電量的故障信號(模擬量)啟動并動作跳閘的保護裝置。一般在所有供電系統中都設有該種保護，因此電量保護的設置反映了保護系統共同性。在牽引供電系統中的電量保護主要是過流、速斷、增量等種類的保護。目前采用一種引進的智能化微機保護裝置，具有速斷、增量、di／dt、平均電流等保護功能，可以較好滿足北京地鐵直流牽引供電系統電量保護方面的需要。開關量保護是指用于實現開關量控制的保護。它包括對邏輯關系及時序等關系的控制。隨著供電系統設置的不同，其保護配置也存在差異，因此開關量保護的設置反映了保護系統特殊性。在牽引供電系統中設置的開關量保護主要是用于聯鎖、聯跳、重合閘的保護。聯鎖保護用于實現高速開關與相應刀閘之間的安全聯鎖。避免帶負荷拉刀閘；聯跳保護主要用于雙邊供電的線路上發生故障時，流過近端變電站分閘開關先跳閘，并產生故障跳閘信號去使遠端電站的相應分閘開關跳閘，從而徹底切斷流向短路點的短路電流；設置自動重合閘保護主要考慮在供電系統中許多故障具有瞬時、自消除的特點，當切斷故障線路后，短路點的絕緣強度重新恢復，此時若重新送電，就能恢復線路的正常工作，如果線路中的短路故障尚未消除，則保護裝置會再次將供電線路切斷。在大多數情況下，由保護動作切斷的供電線路，經再次送電后可以恢復正常供電。因而在電力系統中廣泛采用自動重合閘裝置保護。
目前，地鐵牽引供電二次系統采用電磁式(繼電器控制式)及微機式(可編程控制式)兩種模式進行保護，現比選如下表：
表1 繼電器控制與可編程控制器的比較

可以說：以上兩種模式各有特點，在PLC出現以前，繼電器硬接線電路是邏輯、順序控制的惟一執行者，它結構簡單、價格低廉、一直被廣泛應用。但存在著接線復雜、故障點多、耗能高、占用空間大，而且后期運營中的維修、計表工作非常繁重。不同保護制式之間無法銜接等缺點。PLC出現后在幾乎所有方面都大大超過了繼電器控制，PLC采用的是計算機的基本構成部分，組成部件也廣泛使用了計算機的構成元件。其邏輯關系是用程序實現，而不是實際電路。但它的結構和工作原理與計算機又有著很大差別：如采用電氣隔離技術、輸入和輸出采用對映像寄存器、周期性刷新的方式、循環掃描和集中刷新的工作力式是它最突出的特點。該裝置的采用可極大地簡化故障率、二次線，減少占地空間、建設及運行費用。
3 結束語
國內上海、廣州等地的地鐵是采用的是一、二次系統全套引進國外設備的方式。其功能較配套、完善。北京地鐵運行線路因歷史原因，原牽引供電系統的繼電保護方式比較落后，“消隱工程”從國外引進電量智能化微機保護裝置，具有速斷、增量、di/dt、平均電流等保護功能，可以較好滿足北京地鐵直流牽引供電系統電量保護方面的需要，開關量保護直接體現了系統的特殊性，其與本系統的電壓等級，接線方式，運行力式直接相關。目前市場上還沒有成型的開關量微機保護裝置。北京地鐵根據這一客觀情況，組織技術骨干研究開發了開關量微機保護裝置，將開關量保護方面的難點--聯鎖、聯跳和重合閘用PLC以程序指令的方式實現，解決了多年來采用傳統保護方式所帶來的故障率高、維護工作量、不同保護制式之間無法銜接等問題。填補了利用微機技術實現開關量保護的空白。并在新、舊線部分變電站進行了成功地推廣應用。由此可以看出，在地鐵供電系統領域充分利用可編程控制器技術是完全可行的。采用微機保護模式后，將北京地鐵舊線改造探索一條新路，為新線建設提供一種智能化、小型化、低功耗和少維護的全新保護裝置。

參考文獻
【1】朱善君 可編程控制系統北京：清華大學出版社，1993
【2】易傳祿 可編程控制應用指南上海：上海科學普及出版社，1994