地铁车站 35kV 环网供电保护配置方案：环网柜保护、差动与备自投的配合

地铁车站的 35kV 环网供电，保护配置和常规变电站不是一套思路。一条线路上十几个车站串在一个环网里，电缆段长短不一，短的几百米、长的两三公里，靠环网柜里过流保护的时限级差根本配合不下来。实际项目中遇到过一个车站，环网末端故障，上一级车站的出线开关先跳了，把整段环网的电全停了。这篇按现场做法，把地铁车站 35kV 环网供电的保护配置方案讲一遍，包括架构、设备清单、整定要点和投运验证。

一、现场条件与问题

地铁供电分两级。主变电所从城市电网取 110kV 或 35kV，降压到 35kV 后，经环网电缆送到沿线各车站变电所，车站再降到 0.4kV 供动力照明，同时经整流机组变成 1500V 直流供牵引。环网平时开环运行，在某一座车站留一个开环点，两侧分别由相邻的主变电所供电。

这种结构带来三个问题。第一是级差配合难，环网电缆阻抗小，首末端短路电流差别不大，上下级过流保护的电流定值拉不开，只能靠时限级差，而时限级差每一级 0.3s，串三级就到 0.9s，变压器承受不住。第二是开环点两侧的供电方向会随运行方式改变，过流保护要能双向判别，否则一侧故障另一侧不动作。第三是车站负荷以动力照明和牵引为主，牵引负荷冲击大，保护要避开启动涌流。

负荷性质也要写清楚。动力照明负荷占车站用电的三到四成，以风机、水泵、扶梯为主，电机启动电流是额定的 5 到 7 倍；牵引负荷经整流机组，谐波含量高，直流侧短路时交流侧也会反映。保护定值要在这两类负荷下都不误动。

切换时间有硬要求。车站的应急照明、信号系统、通信系统属于一级负荷，市电失电后要求 0.5s 内切换到备用电源，这部分由 0.4kV 侧的备自投和 UPS 承担。35kV 侧的备自投动作时间可以放宽到 1.5s，因为 35kV 失电时 0.4kV 侧的 UPS 已经先顶上了。

二、方案总体架构

保护配置按三层搭。第一层是环网电缆的纵联差动，每段环网电缆两侧各配一套TYL8692 线路光纤差动保护装置，这是解决级差配合难的主要手段。差动保护只反映本段故障，不需要和上下级配合时限，动作时间可以做到 40ms 以内。

第二层是过流后备。差动保护依赖光纤通道，通道断了要有后备，所以每侧还要配一段过流保护和零序保护，定值按躲过本段最大负荷电流和下一级保护的动作时间配合，时限比差动晚 0.3s 到 0.5s。

第三层是变压器保护和母线保护。车站的 35/0.4kV 配电变压器配过流、速断、零序和温度保护，容量大的配差动；35kV 母线配母差或者简易母线保护，母线故障时快速切除，避免扩大到环网。

备自投配两套。35kV 侧配母联备自投，一段母线失电时由另一段经母联供电，执行备投逻辑的是TYL8691S 母联保护测控装置；0.4kV 侧配进线备自投，两路进线一主一备，主进线失电后切到备用进线，由进线备用电源自投装置完成。两套备自投要有配合关系，35kV 备自投动作后要闭锁 0.4kV 备自投，避免重复切换。这条逻辑不写清楚，现场会出现 35kV 已经恢复、0.4kV 又切一次的情况，对负荷是二次冲击。

通信方式按光纤环网做。环网各站之间的保护通道走站间光纤，通道带宽按差动保护的要求配，单模光纤、专用芯，不与监控共芯。监控数据另走一路，经 TY920B 通讯管理机汇总后送控制中心。保护和监控分开走纤，是地铁项目的常规要求。

三、设备配置清单

配置清单按一个典型车站列，含 35kV 开关柜、保护装置、备自投和通信设备。型号取自选型手册已有系列，具体数量按车站规模和环网分段数调整。

清单里有几处容易配错。差动保护是每段电缆两台，不是每个车站两台，分段多的车站台数要按段数算。母联保护测控装置要能同时带备投逻辑，不带备投的装置要另设备自投，屏位和电缆都会增加。通讯管理机的串口数量要按站内装置数量算，常规车站 12 到 16 个串口够用，按实际装置数留 20% 余量。

屏柜布置按间隔分配。35kV 环网柜采用金属铠装移开式，保护装置就地布置在环网柜仪表室，或者集中组屏放在继保室。地铁车站的地下空间紧张，多数采用就地布置，这时要注意柜内温度和电磁环境，柜内温度超过 45℃ 要加装除湿加热器或者通风。

与既有系统的接口要提前确认。车站综合监控系统要读保护装置的遥信和遥测，接口方式一般是 Modbus TCP 或者 IEC 104，点表在设计联络阶段就要定。控制中心的电力调度系统要能远程查看各站保护状态，这部分数据经全线通信骨干网传输，带宽和时延要算进去。

四、实施与整定要点

差动保护的整定按电缆参数算。启动值取 0.3 到 0.5 倍额定电流，躲过正常运行时的不平衡电流；比率制动系数取 0.5，拐点按 1.0 倍额定电流设。环网电缆长度差别大，长电缆的电容电流大，启动值要按最不利的一段校验。

过流后备的定值要躲过牵引冲击。牵引负荷启动时电流能到额定的 2 到 3 倍，过流一段按 1.5 倍额定电流整定，时限 0.3s；过流二段按 1.1 倍额定，时限 0.6s。零序保护按电缆电容电流整定，定值取 0.5A 到 1A，时限 0.2s，具体以实测电容电流为准。

备自投的逻辑要写全。母联备自投的启动条件是工作进线失压、母联开关在分位、备用电源有压；闭锁条件是母联开关在合位、人工分闸、保护动作跳闸。保护动作跳闸必须闭锁备自投，否则故障没切除就合上母联，会把故障扩大到另一段母线。这一点在现场调试时经常被漏掉，只做了失压试验没做闭锁试验。

调试顺序按段做。先做单段环网的差动通道试验，两侧加量看动作和制动特性；再做整组联动，模拟区内故障看两侧跳闸、模拟区外故障看是否可靠不动作；然后做备自投传动，模拟失压和闭锁条件各一次。每段单独做完，再做跨段联调。

施工顺序上有个细节。环网电缆敷设完成到保护投运之间有一段空窗期，这期间电缆没有保护，一旦故障只能靠上级开关切除，影响范围大。常规做法是先投临时过流保护，等差动通道调通再切换到正式定值。临时定值要单独出定值单，标注有效期。

五、投运验证与常见问题

投运前做四项试验。差动通道联调、整组传动、备自投传动、带负荷测六角图。前三项在投运前做，第四项在投运后带负荷做。四项都过，才能算投运完成。

差动通道联调要看两侧的采样同步。光纤差动的两侧采样必须在同一时刻，同步误差超过 100μs 就会产生不平衡电流。试验时两侧同时加同一电流，看差流是否接近 0，差流超过 0.1 倍额定就要查通道延时和同步方式。

整组传动要模拟真实故障。用继保测试仪在电缆一侧加故障电流，看两侧断路器是否同时跳闸，跳闸时间差不超过 20ms。区外故障的模拟更容易被省掉，做法是在相邻段加故障，看本段差动是否可靠制动。这一项不过，投运后区外故障会误动。

带负荷测六角图不能省。投运后带上负荷，测三相电流的幅值和相位，确认 CT 极性接对、变比一致。地铁车站的负荷在夜间和白天差别大，测量要选负荷稳定的时段，负荷电流低于额定 20% 时测出的相位不准。

现场常见的问题有五个。第一是 CT 极性接反，差动一投就动作，这种在带负荷时表现为差流等于两倍负荷电流。第二是两侧 CT 变比不一致，定值里没做平衡系数补偿，正常负荷下就有差流。第三是光纤通道衰耗大，接头盒进水或者弯折半径过小，通道告警但保护没闭锁。第四是备自投的电压判据取错，取到了线路侧 PT，进线失电时线路侧还有感应电压，备自投不启动。第五是屏柜接地不规范，差动保护受干扰误动。

环网开环点的切换要演练。运行方式改变时，开环点从一个车站移到另一个车站，保护的配置和定值要跟着调整。演练时按实际倒闸顺序走一遍，确认切换过程中不会出现保护死区。这一项在新线开通前必须做，运营后再补代价很大。

运维阶段要定期查通道。光纤差动保护的通道衰耗会随时间和环境变化，建议每季度测一次收发电平，衰耗超过 3dB 就检查接头和跳线。备自投每半年做一次传动，只做信号传动不做断路器实际动作的试验不算数。保护装置的定值每年核对一次，与定值单逐项比对。我公司在配套地铁项目时，习惯把每座车站的保护配置、定值和通道衰耗整理成一册，随竣工资料交付，运营接手后按册子做年检，不必再翻施工图。