保护信息管理在地铁交流供电系统中的应用研究

铁站间间距较短，站间电缆阻抗较小（正序和零序阻抗一般都小于1），因此选取环网电缆中间点进行短路故障计算和灵敏度校核即可。

若保护灵敏度的校核结果不满足用户要求，则在线定值校核系统可以根据短路电流给出一个合理化的建议定值（可靠系数Krel由运行人员整定），并将校核结果生成校核报告，供用户分析参考。

整定计算校核模式需要较大的运算资源和运行时间，而且要求“系统基本参数数据库”参数整定的精确，因此该模式仅支持手动触发，以保证校核结论的准确性。

3.3 规则库校核模式

规则库校核模式主要校核在当前系统运行模式下，按照运行人员整定的“配合规则”，上下级继电保护装置间是否可以有效配合，从而有选择性地切除故障。因此，规则库校核模式的主要功能是校验保护定值的“选择性”。

地铁供电系统通常配置有过流保护、线路光纤差动保护，以及使用越来越广泛的数字通信电流保护，其中后两种保护都是具有绝对选择性，不存在选择性配合问题。因此，规则库校核的重点是过流保护，以及过流保护与差动保护、数字电流保护的配合关系。另外，差动保护和数字通信电流保护都属于网络化保护，需要两台以上保护装置间的通信配合来判断故障位置，因此规则库校核模式还需要校核这种配合关系的正确性。

过流保护的电流定值和时间定值都会影响到保护的选择性。但是对于地铁供电系统，由于环网上下级断路器间距离较短（1～2km），断路器间线路阻抗小于0.5，依靠电流定值无法区分保护范围，过流保护的选择性主要依靠时间定值级差来实现。电流定值对保护选择性的影响往往表现在供电分区中一个区段内电流定值与下一个区段内电流定值间的配合关系。图3为一个典型的地铁供电分区。

图3 地铁典型供电分析示意图

图3中过流保护整定时，会将#1和#2变电所定义为一个供电区段，其进出线过流保护电流定值相同，即图中A1、A2、A3、A4与B1、B2、B3、B4的电流定值为相同值；同时也会将#3和#4变电所定义为另一个供电区段，电流定值也整定为相同值。

而同一区段内上下级断路器的选择性配合主要靠时间级差，例如：B2断路器和B4断路器为上下级配合关系，若时间定值级差要求为0.25s，则故障时B2断路器和B4断路器会同时起动（电流定值相同），但B2比B4晚0.25s跳闸。规则库校核模式将根据以上选择性整定规则，对保护定值进行校核。

对于差动保护，两侧CT的变比相同，由于被保护环网线路较短，所以两侧差动保护定值应该相同；对于数字通信电流保护[9-10]，由于目前行业内没有统一实现标准，所以其选择性校核规则应根据具体保护逻辑进行设置，否则可能会误判为选择性错误。

规则库校核功能支持定时触发、事件触发和手动触发共3种触发模式。

3.4 故障波形管理功能

故障波形管理功能是保护信息管理系统的基本功能。地铁保护信息管理系统采用故障信息索引方式管理故障波形。图4为保信系统管理界面。该界面以树形结构检索每个变电站的每台保护装置，并以时间顺序显示该装置的所有故障信息。通过双击故障信息可以查看对应的故障波形。

图4 保信系统管理界面

4 系统功能验证

为了验证地铁保护信息管理系统的功能，本文利用南京地铁4号线的实际定值数据和27台保护装置搭建了一个定值在线校核系统的实时数字仿真（real time digital simulation, RTDS）测试平台，并模拟了各种类型的定值整定错误情况，以检测在线校核系统的性能。试验平台的系统结构如图5所示。

图5 试验系统网络结构

该试验平台主要验证校核服务器和校核后台的软件性能，为了简化系统结构，采用了校核服务器通过IEC 60870 5 103规约、从保护装置直接采集定值的组网结构。精简后的实验数据记录见表1。

表1 定值在线校核功能测试（简表）

5 结论

针对地铁供电系统在保护信息管理方面的需求情况，本文分析了研制地铁保护信息管理系统的可能性和功能范围，并结合地铁应用的特殊性介绍了保护信息管理系统的软件架构，说明了3种定值在线校核方法的工作机制。最后利用南京地铁4号线的实际保护定值数据和27台保护装置，搭建了测试验证平台，对每种校核算法进行了测试，取得了预期的效果。

地铁行业的快速发展对供电安全提出了越来越高的要求。本文介绍的方案将“保护信息管理系统”与地铁应用的特殊情况相结合，解决了现有保护装置应用过程中出现的一些实际问题，有利于进一步提高地铁供电可靠性，希望能够引起相关专家学者的高度关注。