談地鐵供電繼電保護網絡化技術

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摘要：公路和地鐵的快速發展，為緩解我國交通擁擠問題發揮了重要作用。在地鐵技術日益提高的同時，越來越多的城市開始建設地鐵。在實際修建過程中，地鐵的供電系統十分復雜，以往的電力保護繼電器裝置也受到了較大限制。網絡技術在各行各業的運用的同時，為地鐵供電繼電保護也提供了諸多便利。文章通過分析繼電保護網絡化的可行性，進一步討論其發展方向。

關鍵詞：地鐵；繼電保護；網絡化

我國軌道交通發展至今，一般采用的都是過流保護以及零序保護等裝置，獨聯狀態下繼電保護裝置之間難以實現有效通信，軌道交通供電系統的穩定性也遭到破壞，在一定程度上也阻礙了軌道交通的發展。因此，繼電保護網絡化十分必要，有關部門和工作人員要加以重視，提高相關科學技術。

1地鐵供電系統和繼電保護網絡化的相關概念

1.1地鐵供電系統

地鐵具有速度快、能耗低、安全性高的特點，從我國第一條鐵路建成至今為人們的生活帶來了諸多便利，已經成為各城市的重要交通工具。另外，我國地鐵的發展在全世界都處于領先的地位，被許多國家借鑒和效仿，給其他國家提供了眾多技術和理論支持。地鐵作為軌道交通，所需要的技術含量較高，同時建設成本和后期的維護成本也較高。其中地鐵供電主要通過電網供應，由于供電系統的復雜性，必須對其進行繼電保護，保證各個供電系統正常運行，并能夠及時處理各系統可能出現的問題。其中，電線短路是地鐵供電系統出現頻率最高的故障，一旦出現，電流可能會突然增大，一些元件開始發熱，輕則損壞元件，縮短元件壽命，重則造成永久性損壞，必須予以更換。另外，短路故障也會損害其他供電子系統，進而影響整個供電系統的運行，造成的危害極大。一般情況下，供電系統產生故障所持續的時間不長，只要平時進行有效的維護，或者在剛發生故障時就對其進行快速處理，都不會對供電系統造成太大的危害。而設置必要的繼電保護裝置對供電系統有很重要的保護作用。

1.2繼電保護系統

繼電保護裝置能夠通過電網的電流變化來判斷供電系統是否存在異常，以正常電網的運行速度為依據，檢查實際電網運作時所顯示的數據，當實際數據與正常數據無差異時，表明電網正常運行；如果出現差異，則表明供電系統出現異常。供電系統出現問題時，繼電保護裝置所顯示的電流會增大，此時，繼電保護裝置就會采取跳閘等措施對電網進行保護，以此來提醒人工前來檢修。

1.3繼電保護網絡系統

選擇合適的繼電保護系統十分重要，它對電力有一定的調控作用，有利于保證供電系統穩定性以及正常運行，預防各類故障的發生，進而保證地鐵乘車安全。從網絡架構方面看，可將網絡保護系統分為市級、省市級和省級。首先，線路保護以及變壓器保護連接到主站保護系統依靠的是變電站，然后對被監控設備進行實時控制。其次，變電站的信息需要被及時傳送給主站網絡，由保護管理機器依照網絡命令進行實時保護，隨后連接到其他變電站。其中變電站保護系統包含主站系統、變電站系統以及保護系統三方面，主站系統主要是對一定范圍內的變電站的維護，同時依據變電站傳送的信息，判斷供電系統此時的狀態，一方面保護設備，一方面同其他主站系統進行信息交流。變電站系統的作用主要是收集信息、控制信息和傳輸信息，依據所接收的各保護裝置的檢測信息，對變電站進行整定，然后把信息及時傳送給主站。而保護系統裝置則是進行就地整定以及實施保護動作。此外，主站系統和變電站系統的位置分別位于調度側和變電站內。光纖通道一般包括專用光纖和多路光纖，在短距離傳輸時往往選擇專用光纖，以增強其可靠性，而在長距離傳輸時往往選擇多路光纖。

2繼電保護系統易出現的問題

2.1開關出現故障

開關裝置是保證電路正常運行的重要裝置，也是最基本裝置，在供電系統中，開關分為負荷開關以及負荷和熔斷器開關。而開關出現故障的主要原因是開關質量不達標或是開關安裝有問題，開關質量不達標意味著開關質量太差，不適用于供電系統。如果工作人員選用了低質量的開關，在長時間的供電系統運行時，開關很容易出現問題，甚至誘發更加嚴重的線路問題。而在另一種情況中，即工作人員由于某些原因將開關裝置錯誤地安裝到了供電系統中，同樣很容易造成電路損害的問題，阻礙整個供電系統的正常運行，造成開關的損害，進而使繼電保護系統的運作受到威脅，難以發揮應有的保護作用，造成繼電保護裝置的失效。

2.2電流互感器出現異常

一般來說，供電系統的終端出現問題時，電流互感器也會有異樣，例如供電系統的終端出現短路現象時，電流互感器的電流會發生異常變化，變化的幅度也很異常。因此可以說電流互感器的電流出現異常幅度的變動時，供電系統的終端一定沒有正常運行，肯定存在某些故障。此外，電流互感器在某些時刻也會做出保護作用，例如供電系統終端的普通線路上出現某種故障時，繼電保護器中的電流互感器就會啟動保護作用，但如果供電系統終端的原件上出現問題時，電流互感器就無法對其進行感應，會造成斷電等后果。

3繼電保護裝置的完善方法

電力監測工作十分復雜，而繼電保護裝置的對于電力供電系統的監測十分重要，具有不可替代的作用。另外，繼電保護裝置所包含的專業知識較強，因此需要配備一些專業知識較強且工作經驗豐富的監測人員來完成相關工作。隨著我國各行業各部門的快速發展，各行業各部門的用電量也迅速增加，國家電網的規模也正在隨之擴大，繼電保護系統的保護工作的壓力也隨之增大，因此也受到了整個行業的重視。

3.1繼電保護裝置的監測技術

繼電保護裝置對于供電系統的穩定性有很強的保護作用，除了具有差動保護和縱聯保護方法以外，繼電保護系統還能依靠檢測安裝處的電器量來對電路系統進行保護，進而加強對電路系統的進一步保護。以同一設備過往正常的運行狀態下的數據為依據，將現在的運行狀態與其進行比較，進而判斷供電系統是否存在異常。通常情況下，二者的運行狀態應是基本一樣的，但如果出現了差異較大情況，那么該設備很容易被認為是存在故障。此種情況下，繼電保護系統就會對兩者的狀態進行對比分析，當認為出現異常時，繼電保護裝置就會用報警的形式進行提醒，提醒工作人員供電系統已經出現問題，需要對其進行維修。

3.2繼電保護故障的維修手段

繼電保護系統裝置存在不同的種類，工作原理也存在差異，可通過以下幾種方法進行分析：第一種是替換法。這種方法十分常見，指的是在繼電保護裝置發現供電系統出現異常時，對分析出的故障部分進行替換，即將不合格和有故障的零件替換為符合要求的零件，通過這種維修手段減少出現的問題。這種方法相對簡單，知識性較低，所要掌握的技術要求也不高，在一般的繼電保護系統維修時經常被使用。但其也存在一定不足，這種方法所觀測到的問題范圍具有一定的局限性，只有綜合分析供電系統發生故障的原因，才能決定是否可以通過此方法來進行維修。第二種方法即短接法。這種方法是通過短接的方式來分析故障發生的范圍，可先對一部分電路進行短接，觀察是否有問題，如果沒有問題，可采取同樣的方法來對其他電路進行排查，以此來發現故障發生的大致范圍。該方法適用于電流回路開關故障，通過一次次排查，縮小故障發生的范圍，然后進行維修，倘若在該方法的檢測下，發現故障發生的范圍較大，無法進行有效維修，則可選用其他方式進行故障排查。綜上所述，電路繼電保護裝置主要通過檢測故障所在，然后對工作人員進行提示，具備專業知識的工作人員在有效時間內對電路進行檢修，保證各項系統的正常運行，減少電力系統故障對乘客產生的影響。

4地鐵供電繼電保護系統網絡化的具體應用

4.1IEC61850技術標準

IEC61850通信技術標準作為全球通用標準，是實現電網自動化的重要內容。在此基礎上，為電力系統創建了自動化信息交流模型，具體應用：通過對象模型和自組織設備使一些標準化語法適應自動化功能。同時為確保智能設備運行不受阻礙，其功能也要獨立于實際的網絡協議外。通過一次設備和二次設備模型，應用于全球標準中，以保證變電站和各電臺之間的信息傳輸。另外，變電站配置語言可通過利用XML應用于網絡連接中，進而有效進行存檔和切換等功能。

4.2GOOSE網絡技術

GOOSE技術對于供電系統保護技術具有重要作用，一般被用于過程層和隔離層之間，以此來通過跳閘、合閘等行為保護各設備之間的信息交換。與傳統的接線方式相比較，該網絡技術在開關位置以及各線路段提供了及時的信息交流。在一定的技術檢驗下發現為保證供電系統繼電保護的時間要求，技術人員可以通過將變電站UED之間的信息交流速度降低到50ms的方法實施。而此技術主要通過廣播來進行播報，如果在工作量十分巨大的情況下，有可能會造成網絡癱瘓。但這種情況并不是無法解決的，可以通過虛擬局域網來快速生成數據，在短時間內完成送出和接收步驟。

4.3變電站信息分層結構

變電站信息分層結構包含過程層與間隔層之間的信息交流、間隔層內部的信息交流以及間隔層和變電站之間的信息交流，另外還有變電站之間的信息交流。雖然我國地鐵供電繼電保護系統網絡化已有明顯發展，但仍有許多問題需要加以解決。例如地鐵中各繼電保護系統的標準要求各不相同，各保護裝置之間連接還不夠完善，無法最大限度發揮其保護作用。因此必須拓展GOOSE網絡技術，采取動態交換數據進行有效保護，進而促進繼電保護系統網絡化的進程。

5結語

總之，網絡技術的應用在今后各行各業的發展中是必不可少的，因此，一方面要不斷提高計算機技術和信息技術，另一方面要把這些技術合理應用到實際工程中。網絡信息數據的分享與交流所受的各種局限性較小，改變了傳統供電繼電保護系統相互獨立的狀態，將各系統間有機聯系在一起，在此基礎上，地鐵的供電系統不斷完善。從另一方面來看，地鐵如今也成為我國居民重要的出行方式，各項系統的完善直接影響乘客的人身安全和公共財產。因此，供電系統的繼電保護系統是一個十分重要的任務，有關部門應設計好相關措施，保護地鐵安全，促進地鐵發展。

參考文獻

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作者：魏慶理 單位：中鐵十二局集團電氣化工程有限公司