談地鐵供電繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

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摘要：公路和地鐵的快速發(fā)展，為緩解我國(guó)交通擁擠問題發(fā)揮了重要作用。在地鐵技術(shù)日益提高的同時(shí)，越來越多的城市開始建設(shè)地鐵。在實(shí)際修建過程中，地鐵的供電系統(tǒng)十分復(fù)雜，以往的電力保護(hù)繼電器裝置也受到了較大限制。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各行各業(yè)的運(yùn)用的同時(shí)，為地鐵供電繼電保護(hù)也提供了諸多便利。文章通過分析繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化的可行性，進(jìn)一步討論其發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：地鐵；繼電保護(hù)；網(wǎng)絡(luò)化

我國(guó)軌道交通發(fā)展至今，一般采用的都是過流保護(hù)以及零序保護(hù)等裝置，獨(dú)聯(lián)狀態(tài)下繼電保護(hù)裝置之間難以實(shí)現(xiàn)有效通信，軌道交通供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性也遭到破壞，在一定程度上也阻礙了軌道交通的發(fā)展。因此，繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化十分必要，有關(guān)部門和工作人員要加以重視，提高相關(guān)科學(xué)技術(shù)。

1地鐵供電系統(tǒng)和繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化的相關(guān)概念

1.1地鐵供電系統(tǒng)

地鐵具有速度快、能耗低、安全性高的特點(diǎn)，從我國(guó)第一條鐵路建成至今為人們的生活帶來了諸多便利，已經(jīng)成為各城市的重要交通工具。另外，我國(guó)地鐵的發(fā)展在全世界都處于領(lǐng)先的地位，被許多國(guó)家借鑒和效仿，給其他國(guó)家提供了眾多技術(shù)和理論支持。地鐵作為軌道交通，所需要的技術(shù)含量較高，同時(shí)建設(shè)成本和后期的維護(hù)成本也較高。其中地鐵供電主要通過電網(wǎng)供應(yīng)，由于供電系統(tǒng)的復(fù)雜性，必須對(duì)其進(jìn)行繼電保護(hù)，保證各個(gè)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，并能夠及時(shí)處理各系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題。其中，電線短路是地鐵供電系統(tǒng)出現(xiàn)頻率最高的故障，一旦出現(xiàn)，電流可能會(huì)突然增大，一些元件開始發(fā)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(huì)損害其他供電子系統(tǒng)，進(jìn)而影響整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行，造成的危害極大。一般情況下，供電系統(tǒng)產(chǎn)生故障所持續(xù)的時(shí)間不長(zhǎng)，只要平時(shí)進(jìn)行有效的維護(hù)，或者在剛發(fā)生故障時(shí)就對(duì)其進(jìn)行快速處理，都不會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)造成太大的危害。而設(shè)置必要的繼電保護(hù)裝置對(duì)供電系統(tǒng)有很重要的保護(hù)作用。

1.2繼電保護(hù)系統(tǒng)

繼電保護(hù)裝置能夠通過電網(wǎng)的電流變化來判斷供電系統(tǒng)是否存在異常，以正常電網(wǎng)的運(yùn)行速度為依據(jù)，檢查實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)作時(shí)所顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)無差異時(shí)，表明電網(wǎng)正常運(yùn)行；如果出現(xiàn)差異，則表明供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常。供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，繼電保護(hù)裝置所顯示的電流會(huì)增大，此時(shí)，繼電保護(hù)裝置就會(huì)采取跳閘等措施對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，以此來提醒人工前來檢修。

1.3繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

選擇合適的繼電保護(hù)系統(tǒng)十分重要，它對(duì)電力有一定的調(diào)控作用，有利于保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性以及正常運(yùn)行，預(yù)防各類故障的發(fā)生，進(jìn)而保證地鐵乘車安全。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面看，可將網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)分為市級(jí)、省市級(jí)和省級(jí)。首先，線路保護(hù)以及變壓器保護(hù)連接到主站保護(hù)系統(tǒng)依靠的是變電站，然后對(duì)被監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。其次，變電站的信息需要被及時(shí)傳送給主站網(wǎng)絡(luò)，由保護(hù)管理機(jī)器依照網(wǎng)絡(luò)命令進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，隨后連接到其他變電站。其中變電站保護(hù)系統(tǒng)包含主站系統(tǒng)、變電站系統(tǒng)以及保護(hù)系統(tǒng)三方面，主站系統(tǒng)主要是對(duì)一定范圍內(nèi)的變電站的維護(hù)，同時(shí)依據(jù)變電站傳送的信息，判斷供電系統(tǒng)此時(shí)的狀態(tài)，一方面保護(hù)設(shè)備，一方面同其他主站系統(tǒng)進(jìn)行信息交流。變電站系統(tǒng)的作用主要是收集信息、控制信息和傳輸信息，依據(jù)所接收的各保護(hù)裝置的檢測(cè)信息，對(duì)變電站進(jìn)行整定，然后把信息及時(shí)傳送給主站。而保護(hù)系統(tǒng)裝置則是進(jìn)行就地整定以及實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。此外，主站系統(tǒng)和變電站系統(tǒng)的位置分別位于調(diào)度側(cè)和變電站內(nèi)。光纖通道一般包括專用光纖和多路光纖，在短距離傳輸時(shí)往往選擇專用光纖，以增強(qiáng)其可靠性，而在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)往往選擇多路光纖。

2繼電保護(hù)系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題

2.1開關(guān)出現(xiàn)故障

開關(guān)裝置是保證電路正常運(yùn)行的重要裝置，也是最基本裝置，在供電系統(tǒng)中，開關(guān)分為負(fù)荷開關(guān)以及負(fù)荷和熔斷器開關(guān)。而開關(guān)出現(xiàn)故障的主要原因是開關(guān)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或是開關(guān)安裝有問題，開關(guān)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)意味著開關(guān)質(zhì)量太差，不適用于供電系統(tǒng)。如果工作人員選用了低質(zhì)量的開關(guān)，在長(zhǎng)時(shí)間的供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，開關(guān)很容易出現(xiàn)問題，甚至誘發(fā)更加嚴(yán)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?qū)㈤_關(guān)裝置錯(cuò)誤地安裝到了供電系統(tǒng)中，同樣很容易造成電路損害的問題，阻礙整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成開關(guān)的損害，進(jìn)而使繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)作受到威脅，難以發(fā)揮應(yīng)有的保護(hù)作用，造成繼電保護(hù)裝置的失效。

2.2電流互感器出現(xiàn)異常

一般來說，供電系統(tǒng)的終端出現(xiàn)問題時(shí)，電流互感器也會(huì)有異樣，例如供電系統(tǒng)的終端出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，電流互感器的電流會(huì)發(fā)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(xiàn)異常幅度的變動(dòng)時(shí)，供電系統(tǒng)的終端一定沒有正常運(yùn)行，肯定存在某些故障。此外，電流互感器在某些時(shí)刻也會(huì)做出保護(hù)作用，例如供電系統(tǒng)終端的普通線路上出現(xiàn)某種故障時(shí)，繼電保護(hù)器中的電流互感器就會(huì)啟動(dòng)保護(hù)作用，但如果供電系統(tǒng)終端的原件上出現(xiàn)問題時(shí)，電流互感器就無法對(duì)其進(jìn)行感應(yīng)，會(huì)造成斷電等后果。

3繼電保護(hù)裝置的完善方法

電力監(jiān)測(cè)工作十分復(fù)雜，而繼電保護(hù)裝置的對(duì)于電力供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)十分重要，具有不可替代的作用。另外，繼電保護(hù)裝置所包含的專業(yè)知識(shí)較強(qiáng)，因此需要配備一些專業(yè)知識(shí)較強(qiáng)且工作經(jīng)驗(yàn)豐富的監(jiān)測(cè)人員來完成相關(guān)工作。隨著我國(guó)各行業(yè)各部門的快速發(fā)展，各行業(yè)各部門的用電量也迅速增加，國(guó)家電網(wǎng)的規(guī)模也正在隨之?dāng)U大，繼電保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)工作的壓力也隨之增大，因此也受到了整個(gè)行業(yè)的重視。

3.1繼電保護(hù)裝置的監(jiān)測(cè)技術(shù)

繼電保護(hù)裝置對(duì)于供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很強(qiáng)的保護(hù)作用，除了具有差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)方法以外，繼電保護(hù)系統(tǒng)還能依靠檢測(cè)安裝處的電器量來對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)電路系統(tǒng)的進(jìn)一步保護(hù)。以同一設(shè)備過往正常的運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)為依據(jù)，將現(xiàn)在的運(yùn)行狀態(tài)與其進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷供電系統(tǒng)是否存在異常。通常情況下，二者的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)是基本一樣的，但如果出現(xiàn)了差異較大情況，那么該設(shè)備很容易被認(rèn)為是存在故障。此種情況下，繼電保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)對(duì)兩者的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)認(rèn)為出現(xiàn)異常時(shí)，繼電保護(hù)裝置就會(huì)用報(bào)警的形式進(jìn)行提醒，提醒工作人員供電系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)問題，需要對(duì)其進(jìn)行維修。

3.2繼電保護(hù)故障的維修手段

繼電保護(hù)系統(tǒng)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(jìn)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(hù)裝置發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)分析出的故障部分進(jìn)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(xiàn)的問題。這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，知識(shí)性較低，所要掌握的技術(shù)要求也不高，在一般的繼電保護(hù)系統(tǒng)維修時(shí)經(jīng)常被使用。但其也存在一定不足，這種方法所觀測(cè)到的問題范圍具有一定的局限性，只有綜合分析供電系統(tǒng)發(fā)生故障的原因，才能決定是否可以通過此方法來進(jìn)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(fā)生的范圍，可先對(duì)一部分電路進(jìn)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(duì)其他電路進(jìn)行排查，以此來發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的大致范圍。該方法適用于電流回路開關(guān)故障，通過一次次排查，縮小故障發(fā)生的范圍，然后進(jìn)行維修，倘若在該方法的檢測(cè)下，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的范圍較大，無法進(jìn)行有效維修，則可選用其他方式進(jìn)行故障排查。綜上所述，電路繼電保護(hù)裝置主要通過檢測(cè)故障所在，然后對(duì)工作人員進(jìn)行提示，具備專業(yè)知識(shí)的工作人員在有效時(shí)間內(nèi)對(duì)電路進(jìn)行檢修，保證各項(xiàng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少電力系統(tǒng)故障對(duì)乘客產(chǎn)生的影響。

4地鐵供電繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的具體應(yīng)用

4.1IEC61850技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

IEC61850通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為全球通用標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化的重要內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，為電力系統(tǒng)創(chuàng)建了自動(dòng)化信息交流模型，具體應(yīng)用：通過對(duì)象模型和自組織設(shè)備使一些標(biāo)準(zhǔn)化語法適應(yīng)自動(dòng)化功能。同時(shí)為確保智能設(shè)備運(yùn)行不受阻礙，其功能也要獨(dú)立于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議外。通過一次設(shè)備和二次設(shè)備模型，應(yīng)用于全球標(biāo)準(zhǔn)中，以保證變電站和各電臺(tái)之間的信息傳輸。另外，變電站配置語言可通過利用XML應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)連接中，進(jìn)而有效進(jìn)行存檔和切換等功能。

4.2GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

GOOSE技術(shù)對(duì)于供電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)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(hù)各設(shè)備之間的信息交換。與傳統(tǒng)的接線方式相比較，該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在開關(guān)位置以及各線路段提供了及時(shí)的信息交流。在一定的技術(shù)檢驗(yàn)下發(fā)現(xiàn)為保證供電系統(tǒng)繼電保護(hù)的時(shí)間要求，技術(shù)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(shí)施。而此技術(shù)主要通過廣播來進(jìn)行播報(bào)，如果在工作量十分巨大的情況下，有可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。但這種情況并不是無法解決的，可以通過虛擬局域網(wǎng)來快速生成數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)完成送出和接收步驟。

4.3變電站信息分層結(jié)構(gòu)

變電站信息分層結(jié)構(gòu)包含過程層與間隔層之間的信息交流、間隔層內(nèi)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(guó)地鐵供電繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已有明顯發(fā)展，但仍有許多問題需要加以解決。例如地鐵中各繼電保護(hù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求各不相同，各保護(hù)裝置之間連接還不夠完善，無法最大限度發(fā)揮其保護(hù)作用。因此必須拓展GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采取動(dòng)態(tài)交換數(shù)據(jù)進(jìn)行有效保護(hù)，進(jìn)而促進(jìn)繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程。

5結(jié)語

總之，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用在今后各行各業(yè)的發(fā)展中是必不可少的，因此，一方面要不斷提高計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，另一方面要把這些技術(shù)合理應(yīng)用到實(shí)際工程中。網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的分享與交流所受的各種局限性較小，改變了傳統(tǒng)供電繼電保護(hù)系統(tǒng)相互獨(dú)立的狀態(tài)，將各系統(tǒng)間有機(jī)聯(lián)系在一起，在此基礎(chǔ)上，地鐵的供電系統(tǒng)不斷完善。從另一方面來看，地鐵如今也成為我國(guó)居民重要的出行方式，各項(xiàng)系統(tǒng)的完善直接影響乘客的人身安全和公共財(cái)產(chǎn)。因此，供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)十分重要的任務(wù)，有關(guān)部門應(yīng)設(shè)計(jì)好相關(guān)措施，保護(hù)地鐵安全，促進(jìn)地鐵發(fā)展。

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作者：魏慶理 單位：中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司