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(fā)展，為緩解我國交通擁擠問題發(fā)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(tǒng)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(yè)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(fā)展方向。
關鍵詞：地鐵；繼電保護；網絡化
我國軌道交通發(fā)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(lián)狀態(tài)下繼電保護裝置之間難以實現(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(tǒng)和繼電保護網絡化的相關概念
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，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(fā)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(tǒng)的復雜性，必須對其進行繼電保護，保證各個供電系統(tǒng)正常運行，并能夠及時處理各系統(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，短路故障也會損害其他供電子系統(tǒng)，進而影響整個供電系統(tǒng)的運行，造成的危害極大。一般情況下，供電系統(tǒng)產生故障所持續(xù)的時間不長，只要平時進行有效的維護，或者在剛發(fā)生故障時就對其進行快速處理，都不會對供電系統(tǒng)造成太大的危害。而設置必要的繼電保護裝置對供電系統(tǒng)有很重要的保護作用。
1.2繼電保護系統(tǒng)
繼電保護裝置能夠通過電網的電流變化來判斷供電系統(tǒng)是否存在異常，以正常電網的運行速度為依據(jù)，檢查實際電網運作時所顯示的數(shù)據(jù)，當實際數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)無差異時，表明電網正常運行；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，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(tǒng)
選擇合適的繼電保護系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定性以及正常運行，預防各類故障的發(fā)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(tǒng)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(tǒng)依靠的是變電站，然后對被監(jiān)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(tǒng)包含主站系統(tǒng)、變電站系統(tǒng)以及保護系統(tǒng)三方面，主站系統(tǒng)主要是對一定范圍內的變電站的維護，同時依據(jù)變電站傳送的信息，判斷供電系統(tǒng)此時的狀態(tài)，一方面保護設備，一方面同其他主站系統(tǒng)進行信息交流。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(tǒng)裝置則是進行就地整定以及實施保護動作。此外，主站系統(tǒng)和變電站系統(tǒng)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(tǒng)易出現(xiàn)的問題
2.1開關出現(xiàn)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(tǒng)中，開關分為負荷開關以及負荷和熔斷器開關。而開關出現(xiàn)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(tǒng)。如果工作人員選用了低質量的開關，在長時間的供電系統(tǒng)運行時，開關很容易出現(xiàn)問題，甚至誘發(fā)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(tǒng)中，同樣很容易造成電路損害的問題，阻礙整個供電系統(tǒng)的正常運行，造成開關的損害，進而使繼電保護系統(tǒng)的運作受到威脅，難以發(fā)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(xiàn)異常
一般來說，供電系統(tǒng)的終端出現(xiàn)問題時，電流互感器也會有異樣，例如供電系統(tǒng)的終端出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，電流互感器的電流會發(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)異常幅度的變動時，供電系統(tǒng)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(tǒng)終端的普通線路上出現(xiàn)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(tǒng)終端的原件上出現(xiàn)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(jiān)測工作十分復雜，而繼電保護裝置的對于電力供電系統(tǒng)的監(jiān)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(yè)知識較強，因此需要配備一些專業(yè)知識較強且工作經驗豐富的監(jiān)測人員來完成相關工作。隨著我國各行業(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，國家電網的規(guī)模也正在隨之擴大，繼電保護系統(tǒng)的保護工作的壓力也隨之增大，因此也受到了整個行業(yè)的重視。
3.1繼電保護裝置的監(jiān)測技術
繼電保護裝置對于供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很強的保護作用，除了具有差動保護和縱聯(lián)保護方法以外，繼電保護系統(tǒng)還能依靠檢測安裝處的電器量來對電路系統(tǒng)進行保護，進而加強對電路系統(tǒng)的進一步保護。以同一設備過往正常的運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)為依據(jù)，將現(xiàn)在的運行狀態(tài)與其進行比較，進而判斷供電系統(tǒng)是否存在異常。通常情況下，二者的運行狀態(tài)應是基本一樣的，但如果出現(xiàn)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(tǒng)就會對兩者的狀態(tài)進行對比分析，當認為出現(xiàn)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(tǒng)已經出現(xiàn)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(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(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)出現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)發(fā)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(fā)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(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故障，通過一次次排查，縮小故障發(fā)生的范圍，然后進行維修，倘若在該方法的檢測下，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)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(yè)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(tǒng)的正常運行，減少電力系統(tǒng)故障對乘客產生的影響。
4地鐵供電繼電保護系統(tǒng)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(xiàn)電網自動化的重要內容。在此基礎上，為電力系統(tǒng)創(chuàng)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(xié)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)為保證供電系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(tǒng)網絡化已有明顯發(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系統(tǒng)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(fā)揮其保護作用。因此必須拓展GOOSE網絡技術，采取動態(tài)交換數(shù)據(jù)進行有效保護，進而促進繼電保護系統(tǒng)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(yè)的發(fā)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(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)供電繼電保護系統(tǒng)相互獨立的狀態(tài)，將各系統(tǒng)間有機聯(lián)系在一起，在此基礎上，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居民重要的出行方式，各項系統(tǒng)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(tǒng)的繼電保護系統(tǒng)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(fā)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
