地铁环网供电系统光纤差动保护跳闸原因分析及对策

【摘要】针对长沙地铁环网系统送电过程中由于光纤差动保护跳闸的事件，从差动保护原理、电流互感器二次接线等方面查找差动保护跳闸的原因，并制定相应的对策。

【关键词】光纤差动保护；电流互感器；极性

中图分类号：C35文献标识码： A

目前，在轨道交通35kV环网系统送电时，由于光纤差动保护动作导致断路器跳闸的事件时有发生。本文根据电流互感相关原理、L30差动保护原理及差动保护二次接线图、故障时差动保护现场二次接线等方面进行分析，总结差动跳闸事件的原因及防范措施。

长沙地铁2号线一期工程游泳中心主变电所至车辆段变电所环网送电过程中，当车辆段1＃整流变压器馈线断路器合闸时，从游泳中心主变电所至车辆段变电所35kV环网Ⅰ段进出线差动保护装置L30全部动作，造成环网Ⅰ段全部停电。

图一：长沙地铁部分环网供电分区图

1.电流互感器相关知识

电流互感器极性：电流互感器极性是指某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正或为负，称此极性为同极性端或同名端，按照规定电流互感器一次线圈首端标为P1，尾端标为P2，二次线圈的首端标为S1，尾端表为S2， P1和S1为同极性端，P2和S2为同极性端。

电流互感器极性：电流互感器的极性分加极性和减极性两种，常用的电流互感器一般都是减极性（长沙地铁2号线电流互感器为减极性），即当使一次电流自P1端流向P2端时，二次电流自S1端流出经外部回路到S2，P1和S1，P2和S2分别为同名端。反之则为加极性，如下图所示。

图二：减极性电流互感器

2.差动保护电流互感器二次接线

电流互感器在开关柜内的安装位置是固定的，即一次侧的输入端（P1）在上侧，输出端（P2）在下侧。

进线柜：对于进线柜来说一次侧电流由电缆侧向主母排侧流动即电流方向由P2流向P1，根据减极性电流互感器的特性可知二次侧电流由S2流出，电流方向如图所示。

图三：进线柜差动保护CT二次接线原理图

出线柜：对于出线柜来说一次侧电流由主母排侧向电缆侧流动即电流方向由P1流向P2，根据减极性电流互感器的特性可知二次侧电流由S1流出，电流方向如图所示。

图四：出线柜差动保护CT二次接线原理图

3.L30差动保护原理

线路短路时两侧电气量特性：

图五：L30差动保护故障模型图

L30差动保护装置基本工作原理采用基尔霍夫电流定律，即

当区内故障时，IM + IN=IK1≠0

当区外故障时，IM + IN=IK2=0

在传统的比率差动方案中，动作参数是基于保护区的电流向量和，制动参数是基于保护区的电流标量和（或平均标量），当动作参数除以制动参数大于斜率的整定值，该继电器将动作。

L30差动方案与比率差动方案之间的主要区别是，在输入电流中误差估计的使用，以增加在故障时的制动参数，并允许采用，比在传统方案中采用的更为灵敏的整定值。在该方案中由于包含了自适应特性，所得出的元件特征方程，表现得与传统方案不同。但在系统稳定运行的条件下，其差别是很小的。

图六：L30制动特性

差动保护元件具有制动和双斜率特性。斜率和拐点的定值确定保护功能特性。继电器可以显示本地和对侧三相电流的幅值、相角以及计算出的三相差动电流。当检测到差动电流达到定值时，差动保护元件动作。

拐点值的理论动作电流值和整定值的对应关系如下：

Iop=

P表示差动保护元件整定值，S1表示制动斜率1，Iop表示差动保护元件动作值

4.跳闸原因分析及对策

长沙地铁2号线一期工程游泳中心主变电所至车辆段变电所是在环网送电过程中，整个供电分区均同时跳闸，于是可以排除环网短路接地的可能性，可从CT二次接线方面去做检查。

通过图三和图四可知进线柜及出线柜差动保护CT进入差动保护的电流方向是一致的，也就是说差动保护最终计算的结果为电缆两端的电流绝对值的和，这就是导致送电时差动保护动作的原因，这样接线显然是不对的。因L30保护装置内部无法像西门子7SD610等保护装置那样通过在装置软件内部设置CT极性指向线路或者母线来对极性进行调整，因此只能靠调整电流互感器二次侧接线来正确实现差动保护功能。

通过图三和图四可知，只需改变电缆任意一端的CT的二次接线即可实现电缆两端的差动保护装置的输入电流方向相反，即通过改变车辆段、火车南站变电所CT二次接线，也就实现了车辆段至杜花路供电分区差动保护功能。

在工程实际过程中，两侧电流互感器的极性接反的事情时有发生，比如在深圳地铁3号线高架段也曾有接反的现象。因此，在地铁环网送电前，需仔细核对各站电流互感器的二次接线，防止影响送电。

另外，如果厂家将同名端标错，也会造成差动保护误动作。因此，需在电压互感器交接前后进行相应的极性试验。

5.总结

线路差动保护作为中压环网的主保护，而中压环网在地铁供电系统中有非常重要的作用，严重时影响全站所有负荷停电及列车行车安全。因此，差动保护的可靠性关系到地铁运行的安全，我们需要在设备投运前仔细检查电流互感器等重要设备状态。

参考文献

[1] 张保会，尹项根 《电力系统继电保护》北京：中国电力出版社，2005

[2] 通用GE L30用户使用说明书

[3] KEM(ZX2)型开关柜原理图 许昌：许继集团有限公司，2013