地铁变电系统的构成和保护装置的选用

摘 要：随着各地城市化进程的不断加快，我国很多城市出现了交通压力不断提升的情况，各地大力开展轨道交通建设与这一现状存在较为紧密的联系，基于此，本文就地铁变电系统的构成进行了简单介绍，并对地铁变电系统保护装置的选用进行了详细论述，希望论述内容能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：地铁；变电系统；保护装置

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0084-02

1 前 言

作为一种新型的交通工具，地铁在我国各地的发展极为迅速，其已经成为我国很多很多城市不可替代的交通工具，而为了保证地铁的高效、快速、安全运行，正是本文围绕地铁变电系统的构成和保护装置选用开展具体研究的原因所在。

2 地铁变电系统的构成

地铁变电系统主要由六部分组成，即外部电源、主变电所、牵引变电所、动力照明系统、杂散电流腐蚀防护系统、电力监控系统。

2.1 外部电源

外部电源通过外部城市电网连接，负责地铁主变电所的供电，存在三种分散式、集中式、混合式三种供电形式，不同的供电形式往往会获得不同的效果，具体内容如下所示：①分散式供电形式。该供电形式可有效节约主变电所使用成本。②集中式供电形式。施工简单，更利用主变电所开展管理。③混合式供电形式。一部分采用分散式连接、一部分采用集中式连接，适用于特殊情况。结合相关调查可以发现，集中式供电形式在我国的应用最为广泛，这是因为其能够较好满足现行地铁设计规范要求[1]。

2.2 主变电所

多采用集中式供电方式，主要负责将110kV交流高压电源降压为10kV或35kV中压电源，由此即可在通过10kV、35kV开关柜馈线将外部电源输送到正线变电所，列车的牵引动力、车站运行电源均将得到满足。值得注意的是，一般情况下主变电所存在两路进线电源且引于不同变电站，可更好保证地铁运行的稳定。

2.3 牵引变电所

牵引变电所主要负责满足列车牵引动力需求，一般会按照相关容量设置并列运行两组牵引整流机组，主要负责将交流重压通过降压变为750V或1500V电压。值得注意的是，牵引变电所存在单边供电系统和双边供电系统两种供电方式。

2.4 动力照明系统

为满足地铁运行需要，地铁外照明、动力设备的电力需求也需要得到重视，一般使用10kV或35kV交流电通过变压器转化为220V或380V交流电，由此即可满足地铁电扶梯、屏蔽门、环控设备、AFC系统、应急照明、消防系统等构成的电力需求。

2.5 杂散电流腐蚀防护系统

系统主要负责减少因直流牵引供电引起的杂散电流，同时避免其外扩散对城市轨道交通主体结构、附近结构钢筋、金属管线造成的电腐蚀。

2.6 电力监控系统

负责全线各类变电所、接触网设备运行过程的实时监视、测量、控制，地铁变电系统的各类报警事件、事故的处理也由电力监控系统负责。电力监控系统的运行需要得到遥控、遥信、摇测、遥调等方式的支持，以此实现科学管理、调度相关信息，即可实现变电所无人值守运作，地铁变电系统的安全、稳定也将由此得到保障[2]。

3 地铁变电系统保护装置的选用

3.1 选用原则

为保证保护装置较好维护地铁变电系统安全、稳定、正常运行，装置必须具备快速准确检测故障、及时排除故障的能力，同时还需要避免故障带来的电气参数变化导致机车运行时的误跳闸，因此地铁变电系统保护装置的选用需要遵循可靠性、灵敏性、选择性、速动性共四方面原则，具体内容如下所示：①可靠性原则。为保证保护装置在地铁正常运行时不动作、故障发生时迅速动作，地铁变电系统保护装置必须具备可靠性原则。②灵敏性原则。结合地铁变电系统保护装置规程规定，确保保护装置具备足够的灵敏系数，由此方可保证故障发生后第一时间确定故障、排除故障。为保证保护系统能够及时在故障发生时做出反应，继电保护整定值的支持不应被忽视。③选择性。地铁变电系统故障排除需一级级进行，故障排除顺序可以简单描述为：“故障线路或故障设备的保护功能切除故障→无法切除故障→相邻设备线路断路器或保护动作”，通过落实故障排除的逐级配合，保护装置方可更好保证地铁变电系统稳定、安全运行。④速动性。为保证地铁变电系统的故障能够在最短时间切除，速动性原则不应被忽视，故障波及范围、线路与设备损坏程度均直接受其影响[3]。

3.2 选用建议

在为地铁变电系统选择保护装置的过程中，可靠性、灵敏性、选择性、速动性原则必须得到体现，同时相关人员还必须熟知保护装置的工作原理，了解保护装置的取样单元、逻辑部分、执行部分等组成，地铁实际也需要在这一过程中作为重要参考。在笔者的实际调查中发现，ABB、常州太平洋电力设备生产的保护装置在我国地铁线路的应用极为广泛，其中世界500强企业ABB较为重视每一个地铁变电系统保护装置项目，通过派前端销售人员及时对项目初期进行跟踪、技术收集客户意见和保护装置使用的实际信息，使得ABB能够快速满足客户所提出的意见，保护装置的稳定性往往也能够得到更好保障。

早在2001年，ABB便已经成为上海地铁保护装置设备供应商，数十年的稳定运行早已证明ABB地铁变电系统保护装置的优异质量，ABB110kVGIS柜地铁变电系统保护装置便属于其中代表。ABB110kVGIS柜具备占地面积小、现场安装时间短、设计紧凑、在工厂已完成试验等优势，这使得其不仅能够较好满足地铁变电系统稳定、安全运行需要，更能够较好节约现场施工周期。此外，ABB110kVGIS柜还具备维护周期长、运行可靠优势，这使得其能够大幅降低运行费用，而由于其采用了全球领先的制造技术与精确计算程序，设备还具备低损耗、低温升、低噪音、高绝缘水平等优势，这也是近年来ABB110kVGIS柜保护装置在我国地铁领域实现较为广泛应用的原因所在，图1为ABB110kVGIS柜实物图。

除ABB110kVGIS柜外，ABB35kVGIS柜同样在我国地铁领域存在较为广泛应用，该设备因高压部件采用了完全密封技术实现了各功能隔室的完全独立，ABB35kVGIS柜因此具备可靠、灵活、使用寿命长、安全最大化、维护工作量小等特点。同时，ABB35kVGIS柜实现的整柜运输、现场拼装、采用插拔式电缆头连接大大减轻了现场施工难度和工作量，设备安全稳定运行自然能够得到较好保障。

为更好满足地铁变电系统保护需要，地铁配电网保护监控系统的配置也需要得到关注，结合国内外相关经验，本文建议选用美国GE公司的UR系列继电器和D25多功能保护装置，这类装置可较好满足性能可靠、功能完善的地铁配电网保护监控系统的建设需要。GE公司生产的数字上保护和变电站综合自动化系统已经在国内外实现较为广泛的应用，而本文推荐的搭配则能够最大化发挥UR通用模块系统保护装置的性能，以此建设的光纤以太网结构配电网监控系统将满足地铁变电系统的全方位保护需求。

4 结 论

综上所述，地铁变电系统及保护装置直接关系着地铁安全、稳定运行。而在此基础上，本文涉及的地铁变电系统保护装置选用原则与选用建议，则证明了研究的实践价值。因此，在相关领域的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。

参考文献

[1]陈明飞.浅析地铁弱电系统UPS蓄电池使用及维护[J].技术与市场，2017，24（02）：64～65.

[2]相 浩.浅析地铁弱电系统UPS蓄电池使用及维护[J].科技创新与应用，2016（18）：185.

[3]曹云波.地铁降压变电系统的构成与施工调试[J].自动化应用，2015（09）：120～121.

收稿日期：2018-4-14

作者簡介：王思寒（1996-），女，大专，主要从事地铁变电检修工作。

周栩鹏（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事接触网维修工作。

陈 东（1983-），男，助理工程师，本科，主要从事变电检修工作。