基于佛山地鐵2號線中壓供電系統(tǒng)的保護調試

中交機電工程局有限公司 趙神寶

35kV 供電系統(tǒng)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中占有重要的地位，擔負著電能的分配和傳輸任務，主要包括牽引供電、變配電和動力照明，提高繼電保護的安全、可靠、穩(wěn)定性，可為人們的安全出行和社會經濟的發(fā)展提供更多的保障和支持。

佛山地鐵2號線采用110/35kV 兩級電壓集中供電方式，全線設置2座110/35kV 主變電所、15座牽引降壓混合變電所、5座降壓變電所、6座跟隨式降壓變電所，全線共設四個供電分區(qū)，以中間站石梁為界，兩座主所各供2個供電分區(qū)。外部電源一般設于地方變電所，是地鐵系統(tǒng)受電的第一站，110kV 電源通過電纜溝、電纜廊道等電纜線路傳輸到110kV 主變電所，所內的GIS 高壓進線間隔、主變壓器、35kV 高壓開關柜將110kV 高壓電轉換為35kV 中壓電，通過中壓供電網絡向各變電所及沿線區(qū)間供電。

圖1 佛山地鐵2號線供電方式

1 調試前確認工作

2.1 現(xiàn)場條件

徹底清掃全部設備及設備室的灰塵、清除現(xiàn)場不需要的物品及其他專業(yè)材料，無可燃物。設備房內人孔蓋板及爬梯施工完成，夾層電纜孔洞及設備房內其他孔洞封堵完成，設備房門防鼠板安裝完成，最大程度消除設備帶電運行安全隱患。

2.2 設備檢查

設備基礎預埋件澆筑完成，設備本體及相互間安裝固定完成，所有設備標高滿足圖紙要求，直流設備、負極柜、整流器柜等設備絕緣性能滿足要求；設備無損壞，零部件安裝完畢，電纜接線端子、主母排和分支母排的連接螺母力矩符合安裝標準，母排之間接觸良好（一般以彈簧墊壓平為準）；斷路器小車推拉應靈活輕便，觸頭應接觸緊密，手車與柜體的二次回路連接插件可靠，符合檢修運營需求。

檢查母線上、設備內無遺漏的工器具，圖紙等其他物件；各設備廠家檢查內部接線符合設計原理圖及接線圖，包括互感器的極性，隔離開關、斷路器、接地刀閘等控制電源的正負極性等，確保所有接線無松動；機械閉鎖和電氣連鎖裝置動作應準確可靠，防止電氣誤操作的“五防裝置”應齊全；所內具備可靠穩(wěn)定的試驗電源，各專業(yè)施工基本結束，具備調試條件。

2.3 饋電線路

檢查電纜規(guī)格是否符合設計要求，預留電纜長度芯數是否滿足設計及運營要求，電纜固定間距及掛牌位置數量應滿足設計和運營檢修的要求，綁扎牢靠且美觀整潔，色相明顯區(qū)分，顯示正確。

2.4 單體調試

中壓開關柜試驗：機械特性和機械操作試驗，閉鎖功能試驗，CT、PT 絕緣、變比、及伏安特性試驗，SF6氣體微水測試，回路電阻，主回路的交流耐壓（繼電器等控制回路中的電子元件不參與交流工頻耐壓試驗），避雷器直流1mA 耐壓試驗、0.75直流耐壓的泄露電流；變壓器試驗：分接頭變比，繞組在不同抽頭的直流電阻測定試驗，絕緣電阻，繞組連同套管的交流耐壓。

電纜試驗：絕緣電阻，交流耐壓；保護裝置功能校驗：串口設置正確，裝置上電檢查裝置外觀完整，顯示正常，配置邏輯，調整參數；通過現(xiàn)場試驗，檢查開入開出準確對應變位；裝置加電壓電流，查看裝置面板上顯示的電壓電流與實際加的電壓電流顯示一致。

3 聯(lián)動調試

根據定值表，使用繼電保護測試儀從二次回路中加入電流、電壓等電量模擬各種保護具備報警或者跳閘的條件，驗證每個定值的準確性，及設備功能是否與設計相符。

3.1 保護裝置整定原則

光纖縱聯(lián)差動保護：考慮到電壓以及頻率的影響，差動電流設定動作值需躲過外部短路時的差動不平衡電流及穩(wěn)態(tài)充電電流；過電流或速斷保護：保護裝置的動作電流應躲過線路的最大過負荷電流；零序電流保護：保護裝置的動作電流應躲過線路正常運行時最大不平衡電流；過負荷保護：過負荷裝置的動作電流應躲過變壓器的額定電流，動作時限應躲過允許的短時工作過負荷時間。

3.2 各開關柜保護分析

35kV 進出線開關柜：光纖縱聯(lián)差動保護作為35kV 環(huán)網系統(tǒng)保護的主保護，當差動保護退出后，線路電流比較保護為第二主保護，電流加速段保護為后備保護，當P521光纖通道故障或者P143裝置故障/失電時電流加速段保護投入，即線路區(qū)間主保護退出時的選擇性保護[1]。母線電流比較保護作為變電所母線及開關設備的主保護，電流加速段保護、長期投入電流保護作為后備保護，零序電流保護提供欠電流定值及判斷，為備自投提供進線無流依據。

以綠島湖站進出線開關柜（電流互感器比值為600/1）為例，縱差保護動作電流Is1=0.2A、Is2=2A，動作參數k1=0.3、k2=1.5，聯(lián)跳兩側開關柜；其余保護的動作電流、動作參數分別為：線路電流比較保護1.5A/0.4s，聯(lián)跳兩側開關柜；電流加速段保護1.5A/0.6s，聯(lián)跳兩側開關柜；母線電流比較保護1.5A/0.4s，進出線斷路器跳閘、聯(lián)跳出線和母聯(lián)、聯(lián)跳對側斷路器；長期投入電流保護1.5A/0.8s，進出線斷路器跳閘。

35kV 母聯(lián)開關柜：母線電流保護作為主保護，充電保護和過流保護作為后備保護。母線電流保護即母差保護是基于基爾霍夫電流定律，在母線正常及發(fā)生區(qū)外故障時，各線路流入母線的電流和與所有流出母線的支路電流和相等，向量和為零；當母線發(fā)生區(qū)內故障時電流會流向故障點，導致與該段母線連接的流入流出電流向量和不為零，形成電流差值，引起母聯(lián)及進出線斷路器跳閘，并閉鎖進出線母線電流保護；光纖縱聯(lián)差動亦會啟動備自投。

充電保護就是給另一段母線供電，一般用于母線初次送電、運行母線向檢修后或備用母線送電，送電時被送母線無其他負荷，其本身無電流，當合在了故障上時，流過母線斷路器三者相電流中的任一項或零序電流大于整定值，經一定延時母聯(lián)斷路器跳閘，切除故障母線，非故障母線正常運行，故可用充電保護切除故障母線，當母線充電完成后充電保護退出運行。在充電保護投入時充電保護會去閉鎖母差保護，以防母差用于故障母線時，母差動作跳開所有出線，擴大事故范圍[2]。

在母聯(lián)的保護中，一般只有過流保護、沒有速斷保護，當母線上某一饋線開關線路發(fā)生短路時與母線短路的短路電流基本上是一致的，如果母聯(lián)設置速斷保護，當饋線開關線路發(fā)生短路，母聯(lián)速斷保護會誤動作，擴大停電范圍。也正因為母聯(lián)只有過流保護、沒有速斷保護，當母線上存在短路故障，靠母聯(lián)的過流保護切除故障動作較慢，對設備極為不利，這就引入了充電保護。當發(fā)生故障時觸發(fā)相應保護，經整定延時跳開母聯(lián)斷路器。以綠島湖站母聯(lián)開關柜（電流互感器比值為600/1）為例，不同保護的動作電流、動作時間分別為：母線電流保護1.5A/0.18s，母聯(lián)斷路器跳閘、閉鎖兩段進出母線電流保護；充電保護1.5A/0.2s，母聯(lián)斷路器跳閘；過流保護1.5A/0.6s，母聯(lián)斷路器跳閘。

35kV 饋線開關柜：以電流速斷保護為主保護，快速切除饋出線至直流1500V 母線之間的短路故障，過流保護、斷路器失靈保護為后備保護。在失靈壓板投入的情況下，當主保護發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動時，通過保護設備的保護動作信息（斷路器出口繼電器觸點閉合）與拒動斷路器的電流（母聯(lián)CT 的二次電流），構成斷路器失靈保護，應用于連接到母線上的所有支路，分別為母聯(lián)斷路器、其他饋線斷路器、進出線斷路器，斷路器失靈保護動作后，閉鎖有關線路的重合閘。過負荷保護定值較低、延時長，主要用于負荷側卡澀、轉矩增大等故障，較長時間會導致線圈發(fā)熱，進而動作于跳閘[3]。

以綠島湖站整流變壓器柜（電流互感器比值為100/1）為例，不同保護的動作電流、動作時間分別為：電流速斷保護4.54A/0s，整流變壓器柜跳閘；過流保護1.65A/0.2s，整流變壓器柜跳閘；過負荷1段1.24A/15s，整流變壓器柜報警；過負荷2段1.24A/60s，整流變壓器柜跳閘；母線電流閉鎖9A/閉鎖進出線母線電流保護；斷路器失靈保護聯(lián)跳進出線和母聯(lián)。

以綠島湖站配電變壓器柜（電流互感器比值為50/1）為例，不同保護的動作電流、動作時間分別為：電流速斷保護8.37A/0s，配電變壓器柜跳閘；過流保護1.89A/0.6s，配電變壓器柜跳閘；過負荷保護0.63A/15s，配電變壓器柜報警；母線電流閉鎖動作電流18A，閉鎖進出線母線電流保護；斷路器失靈保護聯(lián)跳進出線和母聯(lián)。

3.3 中壓供電保護在PSCADA 與綜合監(jiān)控之間的調試

SCADA 系統(tǒng)主要有變電所綜合自動化、通信通道及調度主站系統(tǒng)三大部分組成。調度主站設在控制中心，以遠動控制方式控制系統(tǒng)的正常運行，當檢修設備系統(tǒng)時控制中心開具作業(yè)票，所內開具操作票，在SCADA 集中控制或設備本體就地控制，三級控制方式之間相互閉鎖；變電所綜合自動化系統(tǒng)是對供電系統(tǒng)中的主變電所、牽引降壓混合混合變電所、降壓變電所的供電設備、接觸網電動隔離開關等設備通過所內通信網絡實現(xiàn)進行控制和監(jiān)視、通過信號和數據采集、反饋，隨時了解線路供電設備的情況，并及時做出判斷，減小事故范圍，調試主要分為遙測、遙控、遙信。

遙測：能在PSCADA 實時查看開關設備的運行參數、溫度、三相電流、電壓、功率，數值應與柜子上綜合自動化監(jiān)測裝置采集的數據一致；遙控：在PSCADA 操作屏上都能正常控制每個柜子的信號復歸、斷路器分合、隔離開關分合、備自投的投入；遙信：即狀態(tài)量的開入信號，是為了將開關、刀閘等位置信號上傳到監(jiān)控后臺，包括開關狀態(tài)、設備告警信號、保護跳閘信號等，并通過SOE詳細記錄動作的先后順序及準確時間。