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城市轨道交通中压环网继电保护方式：原理、应用与优化策略

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市人口数量急剧增长，交通拥堵问题愈发严重，城市轨道交通作为一种高效、快捷、环保的公共交通方式，在各大城市中得到了迅猛发展。据中国城市轨道交通协会统计数据显示，截至2024年底，中国内地开通城轨交通的城市已达58个，运营线路共计361条，运营总里程达到12160.77公里，当年运营里程净增长936.23公里，已投运制式涵盖10种，总客运量高达322.57亿人次，客运进站量为193.61亿人次。近5年来，投运线路规模从7973.41公里增长到12160.77公里，增幅52.51%。在全国总运营线网规模中，4个主要城市群城轨交通运营线路规模占比近三分之二，城轨交通正从服务城市向服务城市群、都市圈转变，区域协同发展效应日益显现，客运总量突破320亿人次，同比增长9.47%，全国城市日均客运总量达到8813.45万人次，同比增长8.06%，城轨交通完成客运周转量2644.73亿人次公里，比上年同期增长7.92%。

城市轨道交通的稳定运行离不开可靠的供电系统，中压环网作为供电系统的关键组成部分，承担着将电能高效、稳定地传输和分配到各个车站及设备的重要任务。在实际运行过程中，中压环网可能会遭遇各种故障，如短路、过载、接地等，这些故障不仅会影响中压环网自身的正常运行，还可能导致整个轨道交通系统的供电中断，进而引发列车停运、车站设备瘫痪等严重后果，给城市居民的出行带来极大不便，甚至可能造成重大的经济损失和社会影响。因此，中压环网继电保护对于城市轨道交通的安全运营至关重要。

高水平的继电保护设备能够及时、有效地检测到电流的不稳定状态，当故障发生时，迅速切断故障点的供电，消除短路电流，从而保护其他设备免受损坏。例如，当某一位置出现故障时，继电保护装置会立即自动做出保护动作，防止故障影响周围电气设备，保障城市轨道交通牵引供电系统的正常运行。同时，继电保护还需要满足可靠性、灵敏性、速动性、选择性等要求，以确保在各种复杂情况下都能准确、快速地动作，最大限度地减少故障对系统的影响。

对城市轨道交通中压环网继电保护方式进行深入研究具有多方面的重要意义。在推动行业技术进步方面，随着城市轨道交通系统规模的不断扩大和技术的不断更新，传统的继电保护方式逐渐暴露出一些局限性，如级差配合困难、保护范围有限、动作速度慢等。通过对中压环网继电保护方式的研究，可以探索新的保护原理和技术，解决传统保护方式存在的问题，推动继电保护技术的创新和发展，为城市轨道交通供电系统的安全稳定运行提供更有力的技术支持。

在保障城市轨道交通运营安全方面，可靠的继电保护系统是城市轨道交通运营安全的重要保障。通过深入研究中压环网继电保护方式，可以优化保护配置和整定方案，提高继电保护的性能和可靠性，确保在故障发生时能够快速、准确地切除故障，减少停电时间和影响范围，保障列车的正常运行和乘客的生命财产安全，为城市居民提供更加便捷、安全的出行方式。

1.2国内外研究现状

在国外，城市轨道交通发展较早，中压环网继电保护技术也相对成熟。美国、日本、德国等发达国家在该领域投入了大量的研究资源，取得了一系列具有代表性的成果。美国在城市轨道交通供电系统中，广泛应用数字化继电保护技术，通过先进的通信网络实现了保护装置之间的信息共享和协同工作，提高了保护的可靠性和快速性。例如，其研发的基于光纤通信的差动保护系统，能够在极短的时间内检测到故障并迅速动作，有效保障了供电系统的稳定运行。日本则注重对中压环网继电保护装置的可靠性和抗干扰能力的研究，采用了多重冗余设计和先进的滤波技术，确保保护装置在复杂的电磁环境下也能准确动作。德国在城市轨道交通中压环网继电保护方面，强调系统的智能化和自动化，通过引入人工智能和大数据分析技术，实现了对供电系统运行状态的实时监测和故障预测，提前采取措施避免故障的发生。

国内对于城市轨道交通中压环网继电保护的研究起步相对较晚，但随着城市轨道交通建设的快速发展，近年来取得了显著的进展。众多科研机构和高校纷纷开展相关研究工作，针对国内城市轨道交通的特点和需求，提出了一系列具有创新性的保护方案。文献[X]提出了一种基于GOOSE（面向通用对象的变电站事件）机制的中压环网继电保护优化方案，该方案以GOOSE光纤以太网为基础，以闭锁逻辑为核心的数字通信电流保护方案，有效地解决了传统过流保护级差配合困难的问题，通过对GOOSE信号进行分类，并对中压供电环网系统各种可能出现的故障进行动作行为分析，最后通过RTDS（动态数字仿真系统）仿真试验，证明了该方案在各种故障情况下，都能保证继电保护的选择性、速动性、灵敏性和可