探究地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投的應(yīng)用

徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶市 渝北區(qū)401121）

探究地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投的應(yīng)用

徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶市 渝北區(qū)401121）

時(shí)代在進(jìn)步，我們對(duì)工程的衡量標(biāo)準(zhǔn)也在不停地進(jìn)步，地鐵雖然經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的成長(zhǎng)已然很成熟了本文從簡(jiǎn)單分析地鐵在城市生活中的地位以及地鐵在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀開(kāi)始，對(duì)地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投進(jìn)行了分析。希望能給同行一些建議。

地鐵；中壓交流；供電系統(tǒng)

1 引言

通常城市軌道交通交流電網(wǎng)多采用備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡(jiǎn)稱“備自投”）來(lái)提高系統(tǒng)的供電可靠性和供電連續(xù)性。如果對(duì)備自投工作原理或者動(dòng)作判據(jù)對(duì)運(yùn)行中可能的情況考慮不足，就會(huì)導(dǎo)致備自投的不正確動(dòng)作，從而可能影響軌道交通安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 國(guó)外地鐵的發(fā)展?fàn)顩r與國(guó)內(nèi)地鐵發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外地鐵的發(fā)展?fàn)顩r

人類從開(kāi)始創(chuàng)始地鐵開(kāi)始已經(jīng)有100多年了。世界公認(rèn)的第一條地鐵是在倫敦是首個(gè)開(kāi)通的，隨后布達(dá)佩斯創(chuàng)新性的修建了歐洲第一條電氣化地鐵。此后，世界各大城市都開(kāi)始推廣使用地鐵。經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，倫敦目前已擁有總長(zhǎng)408km的地鐵網(wǎng)，他們的每天載客量平均在300萬(wàn)人以上。一座擁有幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)人口的大都市，交通擁擠是最令人頭痛的事。到較大城市的人都會(huì)感到，即使交通非常發(fā)達(dá)，但人口多，交通非常擁堵依然是一件讓人頭疼的事情。要緩解城市交通中的擁擠，就要走多元化的發(fā)展之路。修建高速公路、快速干道，高架輕軌鐵道和地下鐵道等，形成城市立體交通網(wǎng)絡(luò)格局。然而，在大城市里，修建地鐵才能減緩城市的交通、減少城市用地。

2.2 國(guó)內(nèi)地鐵發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)在重慶軌道已經(jīng)建成4條線路，運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)200km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。到2020年通車總里程超過(guò)400km，可為600萬(wàn)人提供方便快捷舒適的乘車服務(wù)，沿線車站周邊將集聚都市區(qū)60%的人口，步行10min即可到達(dá)車站。

3 地鐵交流供電系統(tǒng)的任務(wù)和組成

城市地鐵工程主要由土建工程和系統(tǒng)工程兩大部分構(gòu)成。其中系統(tǒng)工程又可分為軌道系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、供電牽引系統(tǒng)等近20個(gè)子系統(tǒng)。地鐵供電系統(tǒng)由外部電源、主變電所（或電源開(kāi)閉所）、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）組成。

4 地鐵中壓供電系統(tǒng)運(yùn)行方式

國(guó)內(nèi)城市軌道交通的供電系統(tǒng)通常采用2級(jí)電壓供電方式，即110（66）kV/35（10）kV。整個(gè)供電系統(tǒng)分成若干個(gè)供電區(qū)間。供電區(qū)間內(nèi)的各車站變電所采用雙環(huán)網(wǎng)供電方式，各車站內(nèi)的變電所均采用單母分段的供電結(jié)構(gòu)。圖1所示為一個(gè)供電區(qū)間供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 典型地鐵中壓交流供電系統(tǒng)圖

4.1 正常供電方式

主變電所為變電所提供2個(gè)獨(dú)立電源，2個(gè)電源分列運(yùn)行，各個(gè)變電所母聯(lián)開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)狀態(tài)。

4.2 一路進(jìn)線電源退出運(yùn)行方式

如Ⅰ段母線進(jìn)線電源退出運(yùn)行時(shí)，分?jǐn)嘣撝袎弘娎|兩端的2個(gè)開(kāi)關(guān)，母線分段開(kāi)關(guān)合閘，由Ⅱ段母線進(jìn)線電源承擔(dān)本變電所范圍內(nèi)全部負(fù)荷。

4.3 變電所一段中壓母線退出運(yùn)行方式

變電所一段Ⅰ（Ⅱ）中壓母線退出時(shí)，母線分段開(kāi)關(guān)被閉鎖不合閘，由另一個(gè)進(jìn)線電源承擔(dān)本變電所范圍內(nèi)的全部1、2級(jí)負(fù)荷，此時(shí)由低壓側(cè)400V供電系統(tǒng)備自投實(shí)現(xiàn)所內(nèi)不間斷供電。變電所2段中壓母線退出時(shí)，該變電所完全退出運(yùn)行。

5 地鐵中壓供電系統(tǒng)母聯(lián)備自投的幾種方式及比較

5.1 進(jìn)線失壓合位啟動(dòng)備自投

進(jìn)線保護(hù)裝置失壓合位啟動(dòng)備自投：

母聯(lián)保護(hù)裝置備自投合閘邏輯見(jiàn)圖2。優(yōu)點(diǎn)：此時(shí)通過(guò)進(jìn)線斷路器在合位時(shí)失壓?jiǎn)?dòng)備自投，就可以避免當(dāng)手動(dòng)分閘進(jìn)線、遙控分閘、過(guò)流保護(hù)跳閘時(shí)引起失壓造成備自投的啟動(dòng)。缺點(diǎn)：站間需時(shí)間配合，供電級(jí)數(shù)過(guò)多對(duì)自投動(dòng)作時(shí)間有影響。母聯(lián)備自投時(shí)，各相關(guān)變電所斷路器動(dòng)作分析（以Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：A所Ⅰ段進(jìn)線失壓后，進(jìn)線微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)啟動(dòng)備自投邏輯判斷，滿足條件后，向本所母聯(lián)發(fā)出啟動(dòng)備自投信號(hào)，母聯(lián)發(fā)出跳進(jìn)線命令，確認(rèn)進(jìn)線跳開(kāi)（母聯(lián)收到進(jìn)線分位信號(hào)）后，發(fā)母聯(lián)自投合閘命令，此時(shí)母聯(lián)斷路器合閘，Ⅰ段母線恢復(fù)供電。此種備自投方式已廣泛運(yùn)用于上海等地鐵供電系統(tǒng)。

圖2 母聯(lián)備自投合閘邏輯

5.2 進(jìn)線失壓跳閘啟動(dòng)備自投

進(jìn)線還有一種備自投啟動(dòng)方式，即失壓跳閘啟動(dòng)備自投。邏輯圖見(jiàn)圖3。失壓跳閘啟動(dòng)備自投是當(dāng)進(jìn)線失壓跳閘后，進(jìn)線在分位時(shí)才啟動(dòng)備自投。母聯(lián)備自投時(shí)（圖2），各相關(guān)變電所斷路器動(dòng)作分析 （以Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：A所Ⅰ段進(jìn)線失壓后，進(jìn)線微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)啟動(dòng)備自投邏輯判斷，滿足條件后，先跳開(kāi)失壓線路斷路器，確認(rèn)進(jìn)線跳開(kāi)（進(jìn)線收到斷路器分位信號(hào)）后，向本所母聯(lián)發(fā)啟動(dòng)備自投信號(hào)；母聯(lián)確認(rèn)Ⅱ段母線正常，發(fā)母聯(lián)備自投合閘命令，此時(shí)母聯(lián)斷路器合閘，恢復(fù)對(duì)Ⅰ段母線供電。缺點(diǎn)：站間需時(shí)間配合，供電級(jí)數(shù)過(guò)多對(duì)自投動(dòng)作時(shí)間有影響。

圖3 外電源進(jìn)線失壓跳閘啟動(dòng)備自投邏輯

5.3 進(jìn)線的線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)備自投

當(dāng)區(qū)間線路環(huán)網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，作為下一個(gè)變電站電源的進(jìn)線應(yīng)該啟動(dòng)備自投，母聯(lián)保護(hù)裝置在接收到進(jìn)線的啟動(dòng)備自投信號(hào)后，根據(jù)運(yùn)行備自投邏輯，條件滿足時(shí)閉合母聯(lián)斷路器。母聯(lián)備自投時(shí)（圖2），各相關(guān)變電所斷路器動(dòng)作分析（以圖1中B、C所Ⅰ段電纜處于故障狀態(tài)為例）：B、C區(qū)間電纜出現(xiàn)接地環(huán)網(wǎng)進(jìn)線啟動(dòng)備自投邏輯時(shí)，線路差動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)出現(xiàn)不平衡電流，而一旦泄漏電流達(dá)到設(shè)計(jì)整定值，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)B所出線、C所進(jìn)線均跳開(kāi)迅速隔離故障源。同時(shí)C所進(jìn)線發(fā)啟動(dòng)備自投信號(hào)至C所母聯(lián)保護(hù)裝置，C所母聯(lián)依據(jù)圖3備自投邏輯合閘，盡可能縮小停電范圍，保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)：備自投動(dòng)作時(shí)間快，不受站間時(shí)間配合影響。

5.4 被上級(jí)站聯(lián)跳啟動(dòng)備自投

上級(jí)站母線出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，本段母線的進(jìn)線母線主保護(hù)會(huì)跳開(kāi)進(jìn)線斷路器，與此同時(shí)跳開(kāi)出線斷路器。母聯(lián)保護(hù)裝置在接收到進(jìn)線的啟動(dòng)備自投信號(hào)后，閉合母聯(lián)斷路器。母聯(lián)備自投時(shí)（圖3），各相關(guān)變電所斷路器動(dòng)作分析（以B所Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：B所母線故障時(shí)，B所Ⅰ段母線進(jìn)線動(dòng)作，切斷故障電源。從系統(tǒng)圖1上可以看出，故障點(diǎn)越靠近主變電所，停電區(qū)間越長(zhǎng)，范圍越大。為此，進(jìn)線母線主保護(hù)動(dòng)作的同時(shí)跳開(kāi)本段母線出線并且跳開(kāi)C站進(jìn)線，C站進(jìn)線發(fā)啟動(dòng)備自投信號(hào)至C站母聯(lián)，C站母聯(lián)完成備自投邏輯運(yùn)行，滿足邏輯圖3時(shí)母聯(lián)微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)合閘信號(hào)，至此完成整個(gè)備自投過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：備自投動(dòng)作時(shí)間快，不受站間時(shí)間配合影響。缺點(diǎn)：動(dòng)作幾率小，只有在上級(jí)站母線故障時(shí)才動(dòng)作。此種自投方式在北京地鐵有著成熟的應(yīng)用。

6 更合理、可靠、安全母聯(lián)備自投方案的探討

鑒于上述的幾種備自投方式均存在一定的缺點(diǎn)，為保證備自投的合理、可靠、安全，可考慮通過(guò)其他的邏輯方式或者是幾種備自投啟動(dòng)方式相互配合來(lái)達(dá)到更好的效果。經(jīng)分析、論證和試驗(yàn)，將進(jìn)線失壓合位啟動(dòng)備自投與差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)備自投兩種方式綜合考慮作為進(jìn)線啟動(dòng)備自投的條件，備自投功能更為可靠、安全、完善，能較好地克服以上幾種備自投方式所存在的缺點(diǎn)。當(dāng)區(qū)間線路故障時(shí)，由差動(dòng)動(dòng)作跳開(kāi)電纜兩側(cè)斷路器，并啟動(dòng)母聯(lián)備自投，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電。當(dāng)因上級(jí)站故障而失電時(shí)，本站可以通過(guò)備自投合閘來(lái)恢復(fù)供電，這樣可以彌補(bǔ)差動(dòng)備自投的不足。沈陽(yáng)地鐵在充分吸收了各城市地鐵母聯(lián)備自投優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，并根據(jù)系統(tǒng)自身特點(diǎn)，就采用了這種備自投方案，該方案在沈陽(yáng)地鐵應(yīng)用至今，效果良好。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，擁有地鐵的城市必然會(huì)增多，而且大城市的地鐵密度也會(huì)越來(lái)越大。采用更新的技術(shù)和方案以實(shí)現(xiàn)更低成本、更安全環(huán)保、更高效率的供電系統(tǒng)是地鐵發(fā)展的必然趨勢(shì)，為此我們還有很多的工作要做。論文從簡(jiǎn)單分析地鐵在城市生活中的地位以及地鐵在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀開(kāi)始，針對(duì)中壓供電系統(tǒng)實(shí)際工程建設(shè)，對(duì)本工程中地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投等分析進(jìn)行了深入研究。不斷完善的地鐵必將為城市的發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的提高做出更巨大貢獻(xiàn)。

[1]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答（2版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2]宋大治.地鐵35kV供電網(wǎng)絡(luò)安全聯(lián)鎖設(shè)置.城市軌道交通，2009，6.

[3]余健明，同向前，蘇文成.供電技術(shù)（4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

U231.8

A

2095-2066（2016）22-0226-02

2016-7-10

徐 韜（1978-），男，中級(jí)，本科，主要從事軌道交通供電工作。

李 欣（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事軌道交通供電專業(yè)工作。