我国地铁供电系统零序问题研究_零序保护

　　摘要：本文首先简要地介绍了地铁供电系统的重要性，并结合当前我国供电系统中应用较多的中心点接地方式，进一步探讨了其零序保护方面的问题，最后，以实例说明了零序保护对我国地铁供电系统起着十分重要的作用。
　　关键词：地铁；零序保护；供电系统；中性点接地；
　　中图分类号：U231+.3文献标识码： A 文章编号：
　　 对于大家所熟知的地铁，其整个的动力来源就是我们常说的地铁供电系统，它是地铁运行的动力源泉，其最核心的部分是为地铁机车的行驶提供牵引供电，同时，供电系统还要为地铁的相关附属设备提供电能，例如地铁的通信信号、应急报警、地铁站自动扶梯的运行、空调和相关照明设备的使用等等。在地铁正常行驶的过程中，如果供电系统出现一些故障或者是突发事件，它不仅仅是影响地铁机车的正常行驶，最重要的是对地铁乘客的生命安全构成极大的威胁，如果真是因为供电系统的突发故障导致地铁的运行出现事故，其后果是不堪设想的。近年来我国很多新兴城市都逐步的开始发展地铁轨道交通，所以，随着地铁在越来越多的城市普及以及地铁线路的不断增加，其给地铁的供电系统的完备性和安全性带来了极大的挑战，一方面，地铁供电系统必须保证地铁能可靠安全的运行，另一方面，供电系统是否能合理使用，即能否保证地铁运行的经济性也是一个重要的问题，本文所探讨地是地铁供电系统的零序保护问题。
　　（一）我国地铁供电系统的介绍
　　 近些年来，我国地铁供电系统一般采用自建独立的主变电所方式向降压变电所和沿线牵引供电。采用的变电方式分为两种，一种是110kV/35 kV，另一种是66 kV/35 kV，通常采用的变压器接法为星形/三角形接法，并且中性点绝缘，也就是说，一旦地铁供电系统发生故障或紧急情况，例如出现两相短路或单相短路接地故障时，其会引起地铁系统的不平衡，从而会导致地铁供电系统出现问题而无法正常运作。所以如果遇到两相短路或单相短路接地故障时，我们必须要采取相应的措施予以解决，通常我们都会采取对继电保护装置加以保护，目前，我们在遇到这样的问题时会将不接地的系统制造一个假的中性点，并通过某种方式接地，达到系统单相或两相短路接地保护的目的。目前我国电力系统中性点接地方式有以下几类：
　　（1）6～10 kV三相三线制电网。该类通常采用中性点不接地方式，采用这种方式的电网，一旦出现单相接地短路时，会采用零序电压检测和保护。但是，目前有很多学者都认为，在6～10 kV三相三线制电网中，当单相接地故障电流较小时，会造成间歇性过电压或者谐振的现象，为了防止这种现象对相关设备的损害，一般考虑采用高电阻接地系统。
　　（2）35～66 kV三相三线制电网。该三相三线制电网采用消弧线圈接地方式，这种方式的好处是，一旦电网出现故障，该连接方式需进行相应的调节和调整，因此，目前我国采用该接地方式的很少。
　　（3）110～154 kV三相三线制电网。此种电网有很多优点，由于其中性点直接接地方式接地电流较大，非接地故障相的电压提高较小，同时，电位升高也很小，因此，继电保护设备会很容易地检测出相关故障，所以，目前我国采用中性点直接接地方式比较多。
　　（4）220 kV及以上三相三线制电网。该三相三线制电网必须采用中性点直接接地方式，并分相自动重合闸配合使用。
　　（二）中性点接地方式
　　 从目前我国地铁供电系统的情况来看，中性点直接接地方式的使用是十分普遍的，因此，以下将简要地介绍一些中性点直接接地的方式及其相关应用，同时对中性点直接接地零序保护原理进行详细地分析。
　　（1）中性点直接接地
　　 中性点直接接地，即将中性点与大地相连，其电压值为零，如果在不出现任何故障的情况下，相电压是不接地的，其电压相对地电压值不变，一旦一相接地的情况出现，通过中性点形成单相短路，会产生接地电流巨大的状况，在这种情况下，单相保护会立即启动起来，同时，断路器也会相应跳闸，以此来排除故障。
　　（2）中性点直接接地零序保护原理
　　 中性点直接接地时，在正常工作情况下不会产生零序电流，但是，如果发生接地短路的情况，将会产生很大的零序电流，以下是对零序电压、零序电流以及零序功率的分析：
　　ⅰ零序电压：发生故障的地方电压很高，离故障点越远的地方，电压就会越低，变压器中性点接地处电压为0。
　　ⅱ零序电流：零序电流的分布和变压器中性点接地的数量和相应的位置有关，电流的大小与线路的零序阻抗及中性点接地变压器的零序阻抗有关。
　　ⅲ零序功率：短路点功率最大，越靠近变压器中性点接地处功率越小。
　　 通常状况下实现接地短路的零序电流和方向保护会利用零序电流滤过器和零序电压滤过器。当地铁供电系统中出现单相或者两相接地而导致短路时，会产生零序电流。对零序电流的获取可以考虑使用零序电流滤过器，零序电流滤过器接到三相星形线的中线上，通过中线传导电流。
　　（三）实例分析
　　 以北京地铁变电所35 kV侧电网为例，该供电系统采用的是中性点直接接地方式，连接方式为在变压器的付边(输出端)接成星形，其中中性点接地、主变压器35 kV侧，利用两个35 kVGIS开关柜分别接到一个Zn型干式接地变压器上。这种连接方式价格合适、工艺简单，然而一旦发生单相接地故障，非故障相电位变化较小，且系统会产生较大的接地电流，而该装置配有的继电保护措施和检测装置的灵敏度不高，对供电系统不能准确有效地保护。所以需要采取串接零序保护装置来解决原有电力系统中存在的一系列问题。
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