劉良峰
(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣州510010)
南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)低壓母線采用分段單母線接線,設(shè)置母線分段斷路器,并設(shè)置了三級負(fù)荷母線和三級負(fù)荷總開關(guān)[1]。正常運(yùn)行時(shí),低壓母線分段斷路器斷開,兩路電源同時(shí)運(yùn)行,各帶全部負(fù)荷的50%,2 個(gè)低壓進(jìn)線斷路器和母線分段斷路器設(shè)置電氣聯(lián)絡(luò),3 個(gè)斷路器只能同時(shí)2 個(gè)合閘。當(dāng)1臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí),進(jìn)線斷路器失電跳閘并聯(lián)跳兩段母線上的三級負(fù)荷總開關(guān),以切除變電所內(nèi)全部三級負(fù)荷,母聯(lián)分段斷路器投入,由另1 臺(tái)變壓器負(fù)擔(dān)供電范圍內(nèi)的一、二級負(fù)荷。三級負(fù)荷總開關(guān)具有來電自復(fù)功能,退出運(yùn)行的變壓器恢復(fù)運(yùn)行后,母聯(lián)分段斷路器斷開,三級負(fù)荷總開關(guān)自動(dòng)合閘,恢復(fù)全所正常運(yùn)行方式。三級負(fù)荷總開關(guān)的失電自切和來電自復(fù)功能可以簡化運(yùn)營操作程序,提高低壓配電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度[2]。
當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),為了避免非消防線路在火災(zāi)情況下發(fā)生短路、過載等引發(fā)危害人身安全等次生災(zāi)害,保證消防電源的供電可靠性,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(以下簡稱FAS)應(yīng)根據(jù)火災(zāi)涉及區(qū)域和配電范圍,通過低壓斷路器分勵(lì)脫扣裝置在變電所切斷相關(guān)區(qū)域非消防負(fù)荷(以下簡稱切非)[3,4]。
南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)的自投自復(fù)功能,使三級負(fù)荷總開關(guān)接收到FAS 專業(yè)的切非信號分閘切除全部三級負(fù)荷后,自復(fù)功能失效。本文在介紹低壓配電系統(tǒng)方案、控制邏輯方案與消防切非原理的基礎(chǔ)上,對三級負(fù)荷總開關(guān)切非后自復(fù)功能失效的原因進(jìn)行了深入的分析,并提出了解決措施。
南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)采用分段單母線接線形式,2臺(tái)變壓器分列運(yùn)行,主接線圖如圖1 所示。供電運(yùn)行方式如下:
1)正常運(yùn)行時(shí),2 個(gè)進(jìn)線斷路器3101A、3101B 處于合位,分別向兩段母線供電,母聯(lián)斷路器3100 處于分位。
2)自動(dòng)投入:當(dāng)一路進(jìn)線電源故障時(shí),故障段進(jìn)線斷路器失電跳閘,并同時(shí)聯(lián)跳兩段母線上的三級負(fù)荷總開關(guān)(3111A 或3111B)。通過判斷另一路電源正常且該段進(jìn)線斷路器處于合位時(shí),合上母聯(lián)斷路器,由一路電源向全所一級、二級負(fù)荷供電。
3)來電自復(fù):當(dāng)故障恢復(fù)后,檢測到兩路電源均有電后,母聯(lián)斷路器自動(dòng)分開,恢復(fù)兩回進(jìn)線供電,并經(jīng)延時(shí)投入三級負(fù)荷總開關(guān),恢復(fù)到正常運(yùn)行方式。
4)若兩路進(jìn)線斷路器電源側(cè)全都失壓,進(jìn)線斷路器、母聯(lián)斷路器均分閘動(dòng)作,來電后進(jìn)入自投或自復(fù)。
圖1 南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)主接線圖
南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)Ⅰ段母線三級負(fù)荷總開關(guān)3111A 的自復(fù)邏輯圖如圖2 所示。當(dāng)任何一段進(jìn)線斷路器失電分閘后,斷開兩段母線上的三級負(fù)荷總開關(guān)。電壓恢復(fù)后,經(jīng)延時(shí)自動(dòng)跳開母聯(lián)斷路器3100,并合上恢復(fù)來電母線段的進(jìn)線斷路器。通過判斷2 個(gè)進(jìn)線斷路器3101A、3101B 處于合位且母聯(lián)斷路器3100 處于分位,經(jīng)延時(shí)自動(dòng)投入兩段母線上的三級負(fù)荷總開關(guān),恢復(fù)到正常運(yùn)行方式。
圖2 南昌2 號線三級負(fù)荷總開關(guān)自復(fù)邏輯圖
Ⅱ段母線三級負(fù)荷總開關(guān)的自復(fù)邏輯同理。
在火災(zāi)情況下,需切除低壓配電系統(tǒng)中的三級負(fù)荷,以保證消防設(shè)備電源的穩(wěn)定及線路安全,故三級負(fù)荷總開關(guān)的來電自復(fù)邏輯中須進(jìn)行判斷,避免在火災(zāi)狀態(tài)下執(zhí)行合閘命令。南昌2 號線低壓配電系統(tǒng)通過判斷FAS 系統(tǒng)發(fā)出的切非信號來判斷是否處于火災(zāi)情況。
南昌2 號線FAS 切非原理圖如圖3 所示。FAS 控制主機(jī)與低壓斷路器的分勵(lì)脫扣器通過硬線控制,由FAS 對低壓斷路器進(jìn)行非消防電源的切斷,并接收低壓斷路器動(dòng)作反饋信號。
火災(zāi)發(fā)生后,F(xiàn)AS 通過控制模塊向低壓配電系統(tǒng)提供直流24V 消防切非控制信號,由于分勵(lì)脫扣線圈為短時(shí)工作制,線圈通電時(shí)間不能超過1s,否則容易燒毀,故在對應(yīng)的非消防負(fù)載斷路器上再加裝一個(gè)中間繼電器,將分勵(lì)脫扣器接入中間繼電器的常開觸點(diǎn)上,中間繼電器的常開觸點(diǎn)串聯(lián)到斷路器的分勵(lì)脫扣線圈回路中,通過控制模塊、低壓開關(guān)柜內(nèi)的中間繼電器與斷路器上的分勵(lì)脫扣器配合完成非消防負(fù)荷的切除。
圖3 南昌2 號線FAS 系統(tǒng)消防切非原理圖
非消防電源被消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)制切除后,低壓配電系統(tǒng)需向FAS 主機(jī)提供一個(gè)反饋信號以確認(rèn)分勵(lì)脫扣器動(dòng)作。為了避免中間繼電器動(dòng)作后斷路器因故障無法動(dòng)作,一般不從中間繼電器的輔助觸點(diǎn)向FAS 主機(jī)提供反饋信號,而是通過斷路器的輔助觸點(diǎn)反饋動(dòng)作信號。
調(diào)試過程中,在消防測試后,低壓配電系統(tǒng)的三級負(fù)荷總開關(guān)自復(fù)功能故障。
經(jīng)分析,南昌2 號線FAS 向低壓分勵(lì)脫扣器提供的切非控制信號為脈沖信號,分勵(lì)脫扣器接收到切非控制信號后分閘斷路器,火災(zāi)狀態(tài)解除后,由工作人員人工核實(shí)后現(xiàn)場手動(dòng)合閘。為了防止三級負(fù)荷總開關(guān)在火災(zāi)狀態(tài)下自動(dòng)合閘,低壓配電系統(tǒng)將此信號接入中間繼電器,通過中間繼電器輸出信號到分勵(lì)脫扣器斷開三級負(fù)荷總開關(guān),并同時(shí)輸出給PLC,在PLC 中保持“消防切非信號”狀態(tài),閉鎖三級負(fù)荷總開關(guān)的自動(dòng)合閘功能。
消防狀態(tài)解除后,災(zāi)后恢復(fù)的操作一般由人工確認(rèn),人工操作,故FAS 不提供火災(zāi)狀態(tài)解除信號。PLC 中的“消防切非信號”狀態(tài)一直保持,即邏輯中始終認(rèn)為在火災(zāi)狀態(tài),從而導(dǎo)致三級負(fù)荷總開關(guān)自動(dòng)合閘功能失效。
根據(jù)出現(xiàn)的三級負(fù)荷總開關(guān)在消防切非后自復(fù)功能失效的情況,本文提出了幾種解決方案,分析如下:
1)由于南昌1 號線FAS 向低壓配電系統(tǒng)提供的切非控制信號為電平信號,南昌2 號線FAS 如果提供的切非控制信號改為與1 號線一致的電平信號,則低壓配電系統(tǒng)PLC 無須自保持,而是通過FAS 提供的消防切非電平信號進(jìn)行保持。消防狀態(tài)解除后,F(xiàn)AS 釋放“消防切非信號”,同時(shí)三級負(fù)荷總開關(guān)的自復(fù)功能恢復(fù)。然而切非控制采用電平信號缺點(diǎn)也較明顯,北京地鐵4 號線項(xiàng)目中曾出現(xiàn)脫扣器較緊,脫扣器分勵(lì)不下來導(dǎo)致線圈長期帶220V 電壓過熱,燒毀分勵(lì)線圈和繼電器觸點(diǎn),造成了設(shè)備損害的情況[5]。
2)FAS 在火災(zāi)狀態(tài)解除后提供火災(zāi)狀態(tài)解除信號,發(fā)送給三級負(fù)荷總開關(guān)的中間繼電器,向PLC 提供火災(zāi)狀態(tài)解除信號以釋放PLC 中自保持“消防切非信號”。由于運(yùn)維專業(yè)之間的界面問題,F(xiàn)AS 專業(yè)認(rèn)為如果提供解除信號的話,三級負(fù)荷總開關(guān)會(huì)自動(dòng)合閘,該電源的合閘操作有可能被誤認(rèn)為是FAS 專業(yè)執(zhí)行的,而對切非的斷路器進(jìn)行合閘應(yīng)在火災(zāi)狀態(tài)解除后,原則上應(yīng)由低壓配電系統(tǒng)專業(yè)操作人員現(xiàn)場確認(rèn),并手動(dòng)對切非斷路器合閘操作。此方案與運(yùn)維人員的操作規(guī)程和分界有沖突。
3)取消三級負(fù)荷總開關(guān)的自復(fù)功能,也就不存在自復(fù)失效的問題。但當(dāng)出現(xiàn)一段失壓的故障運(yùn)行方式時(shí),電壓恢復(fù)后,需要現(xiàn)場或者遠(yuǎn)程合閘三級負(fù)荷總開關(guān)。三級負(fù)荷總開關(guān)的自復(fù)功能旨在簡化運(yùn)營操作程序,提高低壓配電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,取消該功能并不合理。
4)在0.4kV 開關(guān)柜上增加“消防切非閉鎖解除”物理按鈕,在火災(zāi)狀態(tài)解除后,由低壓配電系統(tǒng)專業(yè)操作人員通過按鈕釋放PLC 中的“消防切非信號”保持信號,恢復(fù)三級負(fù)荷總開關(guān)的自復(fù)功能。
消防狀態(tài)解除后,低壓配電系統(tǒng)的電源恢復(fù)送電由低壓配電專業(yè)操作人員現(xiàn)場對已切非的回路手動(dòng)合閘,手動(dòng)操作“消防切非閉鎖解除”按鈕恢復(fù)三級負(fù)荷的送電操作符合災(zāi)后恢復(fù)的送電原則,再者此方案的改造量較小,也盡量減少了運(yùn)營維護(hù)界面上的沖突。結(jié)合工程進(jìn)度及運(yùn)維分界,最終采用方案4 解決了南昌2 號線三級負(fù)荷總開關(guān)切非后自復(fù)功能失效問題。對于后續(xù)工程,應(yīng)針對低壓配電系統(tǒng)的自投自復(fù)功能和FAS 的設(shè)計(jì)原則,細(xì)化低壓配電系統(tǒng)與FAS 的接口設(shè)計(jì),優(yōu)化解決方案。
通過分析南昌地鐵2 號線低壓配電系統(tǒng)方案、控制邏輯及消防切非原理,針對三級負(fù)荷總開關(guān)在火災(zāi)狀態(tài)下切非后自復(fù)失效的問題,提出了多種解決方案,并結(jié)合南昌2 號線工程實(shí)際情況采用了最優(yōu)的方式解決了該問題,確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全和自動(dòng)化。本文提出的解決方案在南昌2 號線首通段運(yùn)營以來取得了良好的效果,為后續(xù)及新建線路工程項(xiàng)目提供了指導(dǎo)性的解決方案。