淺談地鐵低壓配電自投自復功能的設置

張洪陵

0 引言

地鐵供電系統(tǒng)擔負著地鐵運營所需電能供應與傳輸?shù)娜蝿眨渲械蛪号潆娤到y(tǒng)主要負責向地鐵車站及線路中所有機電設備、照明設備進行供電。供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，低壓配電設備恢復向用電設備供電的速度直接影響地鐵運營的效率。

地鐵車站低壓配電系統(tǒng)一般采用單母線分段的形式，有2 路進線電源，接在2 臺動力變壓器下端。

在發(fā)生故障時和故障排除后，為實現(xiàn)相關斷路器的自動投入、自動切除，母聯(lián)開關柜設置備自投投入/撤除切換開關，同時在PLC 中編制了一系列備自投邏輯。本文著重研究備自投投入/撤除切換開關置于投入位置時，PLC 備自投啟動狀態(tài)下的斷路器自投自復動作情況，對于與自投自復無直接關聯(lián)的控制邏輯，以及PLC 內(nèi)部的相關延時設定不在本文進行詳細闡述。

1 南京地鐵一號線方案

南京地鐵的低壓配電供電運行方式要求如下：

（1）正常運行時，2 臺動力變壓器分列運行，向整個車站及兩端相鄰半個區(qū)間的一、二、三級低壓負荷供電，母聯(lián)斷路器常開。

（2）當1 臺動力變壓器因故障退出運行時，切除本所三級負荷，母聯(lián)斷路器自動投入，由另1臺動力變壓器負擔全所供電范圍內(nèi)的一、二級低壓負荷。

（3）故障排除后，則將合閘的母聯(lián)斷路器分斷開，合上此前分斷了的進線斷路器和三級負荷總斷路器，繼續(xù)由2 臺動力變壓器正常供電。

低壓配電系統(tǒng)正常工作時，進線斷路器401、402 合閘，分別向兩段母線供電，三級負荷總斷路器411、412 合閘，母聯(lián)斷路器400 分閘，見圖1。

圖1 低壓配電系統(tǒng)正常工作狀態(tài)示意圖

1.1 1#進線失電自投

當進線斷路器401 上端發(fā)生故障（1#動力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障），致使35 kV 側斷路器跳閘，1#進線失電，在接到35 kV 側斷路器發(fā)出的聯(lián)跳信號（電氣聯(lián)鎖）或進線斷路器401 檢測到進線無壓時，進線斷路器401 跳閘，PLC 自檢1#進線失壓，2#進線有壓，兩段三級負荷總斷路器411、412 跳閘，延時自投母聯(lián)斷路器400。

1.2 1#進線來電自復

當進線斷路器401 上端的故障解除（1#動力變壓器內(nèi)部故障或線路故障解除），35 kV 側斷路器重新合閘，1#進線電壓恢復，PLC 檢測到1#、2#進線都有正常電壓，延時自動跳母聯(lián)斷路器400，再自動投入進線斷路器401，然后自動投入三級負荷總斷路器411、412，此時該系統(tǒng)恢復到如圖1所示的正常工作狀態(tài)。

1.3 自投的失效與被閉鎖

當由于I 段母線故障引起進線斷路器401 故障跳閘、或由于饋出線引起進線斷路器401 越級故障跳閘，PLC 備自投不被啟動，必須在檢測到開關故障排除，手動復位后才可啟動。手動操作1#動力變壓器35 kV 及0.4 kV 側斷路器分閘，PLC 備自投也不被啟動。另外，母聯(lián)開關柜設置手動復歸按鈕，自投裝置動作一次后自動閉鎖，需要手動復歸或由遠方上位機復歸后才能重新投入。

1.4 2#進線失電自投和來電自復

當進線斷路器402 上端發(fā)生故障（2#動力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障）時，與第1.1—1.3 節(jié)所述情況類似。母聯(lián)斷路器400 的自投和自切邏輯見圖2、圖3。

圖2 南京地鐵一號線母聯(lián)斷路器400 自投邏輯圖

進線斷路器401 的失電自切和來電自復邏輯見圖4、圖5，當適用于進線斷路器402 時，邏輯中的1#改成2#，401 改成402，411 與412 互換。

圖3 南京地鐵一號線母聯(lián)斷路器400 自切邏輯圖

圖4 南京地鐵一號線進線斷路器401 失電自切邏輯圖

圖5 南京地鐵一號線進線斷路器401 來電自復邏輯圖

2 運營反饋及原因分析

2.1 運營反饋

以上自動裝置的設置方式可以滿足系統(tǒng)安全運營的需求，但現(xiàn)場使用后，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：

（1）自投裝置動作一次后自動閉鎖。在母聯(lián)斷路器完成一次自投動作后，必須手動或由遠方上位機對PLC 進行復歸，以保證下次出現(xiàn)進線電源故障時，母聯(lián)斷路器自投正確。

（2）2 路進線電源均發(fā)生故障，通常被認定為雙重故障，城市軌道交通項目供電系統(tǒng)設計時通常不予考慮。但南京地鐵一號線投運以后，模擬1座110 kV 主變電站解列的突發(fā)情況，使2 路進線電源均失電的現(xiàn)象得以出現(xiàn)。當2 路進線電源先后出現(xiàn)故障，進線斷路器均會由于檢測到進線失壓而跳閘，母聯(lián)斷路器處于合閘狀態(tài)，系統(tǒng)如圖6 所示，此時若只有1 路進線電源恢復正常，系統(tǒng)無法自動恢復供電，必須手動或遠方操作分斷母聯(lián)斷路器，方可逐步恢復系統(tǒng)供電。

圖6 2 路進線失電狀態(tài)示意圖

2.2 原因分析

（1）自投裝置動作一次后的自動閉鎖功能，是為保證母聯(lián)斷路器不會重復合閘到故障母線上而設置的。從目前的自投邏輯來看，該設置與母聯(lián)斷路器自投的必要條件“母聯(lián)斷路器400 未故障跳閘”在效果上是重復，雖然更有效地增加了系統(tǒng)的安全性，但在系統(tǒng)未出現(xiàn)母線故障的情況下，該步驟明顯增加了運營人員的工作量。

（2）進線斷路器的失壓脫扣，在一定程度上可以使進線斷路器在失電情況下更快速有效地分斷。但是，現(xiàn)有設置無法判定系統(tǒng)的實際狀況，一旦進線電源失電，斷路器都會進行分斷。在遇到2路電源先后失電的情況后，即使有進線電源恢復正常，由于檢測到母聯(lián)斷路器仍處于合閘狀態(tài)，2 臺進線斷路器也均不會投入，同時，由于檢測到只有1 路進線電源有電，母聯(lián)斷路器也不會自動分斷，陷入互相閉鎖的狀態(tài)，系統(tǒng)無法自愈。此時系統(tǒng)自投自復功能并不十分智能。

3 南京地鐵二號線解決方案

針對自投裝置被閉鎖的問題，由于目前系統(tǒng)所使用的設備均為國際知名品牌，其產(chǎn)品性能均有一定的保障，故可以考慮取消自投裝置動作一次后的自動閉鎖設置。

針對2 路進線電源失電恢復后系統(tǒng)無法自愈的問題，可以將進線斷路器的自動跳閘條件調(diào)整成“本進線電源失電且另一進線電源正?！保瑫r將“母聯(lián)斷路器400 分閘”從進線斷路器的自動合閘條件中刪除，這樣，后失電進線對應的斷路器不會因為進線電源的失電而自動分斷，后失電的進線先恢復正常，系統(tǒng)可以自動恢復供電。若先恢復正常的是先失電的進線，此時滿足后失電進線對應的斷路器自動跳閘條件，2 臺進線斷路器都成為分閘狀態(tài)，而進線斷路器的自動合閘不再受母聯(lián)斷路器400 合閘位置閉鎖的影響，不管哪路進線恢復正常，系統(tǒng)都可以自動恢復供電。

3.1 1#進線失電自投

當進線斷路器401 上端發(fā)生故障（1#動力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障），致使35 kV 側斷路器跳閘，1#進線失電，在接到35 kV 側斷路器發(fā)出的聯(lián)跳信號（電氣聯(lián)鎖）或進線斷路器401 檢測到1#進線無壓且2#進線有壓時，進線斷路器401 跳閘，兩段三級負荷總斷路器411、412 跳閘，延時自投母聯(lián)斷路器400。

3.2 1#進線來電自復

與一號線的設置相同，此時系統(tǒng)恢復到如圖1所示的正常工作狀態(tài)。

3.3 自投的失效與被閉鎖

當由于I 段母線故障引起進線斷路器401 故障跳閘、或由于饋出線引起進線斷路器401 越級故障跳閘，PLC 備自投不被啟動，必須在檢測到開關故障排除，手動復位后才可啟動。手動操作1#動力變壓器35 kV 及0.4 kV 側斷路器分閘，PLC 備自投也不被啟動。

3.4 2#進線失電自投和來電自復

當進線斷路器402 上端發(fā)生故障（2#動力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障）時，與第3.1—3.3 節(jié)所述情況類似。

3.5 2 路進線失電的自投自復

進線斷路器401 上端失壓，經(jīng)延時自動跳開進線斷路器401 和2 臺三級負荷總斷路器411、412，同時判斷另一進線斷路器402 上端有壓且進線斷路器402 處于合位，則啟動自動裝置，合上母聯(lián)斷路器400。進線斷路器402 上端也失壓，則各斷路器保持分合狀態(tài)。若此時進線斷路器402 上端先恢復供電，則2#進線通過進線斷路器402 和母聯(lián)斷路器400 向全所一、二級負荷供電；而若此時進線斷路器401 上端先恢復供電，則首先斷開進線斷路器402，然后合上進線斷路器401，則1#進線通過進線斷路器401 和母聯(lián)斷路器400 向全所一、二級負荷供電。

母聯(lián)斷路器的自投和自切邏輯見圖7、圖8。

進線斷路器401 的失電自切和來電自復邏輯見圖9、圖10，當適用于進線斷路器402 時，邏輯中的1#改成2#，401 改成402，411 與412 互換。

圖7 南京地鐵二號線母聯(lián)斷路器400 自投邏輯圖

圖8 南京地鐵二號線母聯(lián)斷路器400 自切邏輯圖

圖9 南京地鐵二號線進線斷路器401 失電自切邏輯圖

圖10 南京地鐵二號線進線斷路器401 來電自復邏輯圖

4 結束語

通過對南京地鐵一號線用戶意見的調(diào)查分析，有針對性地修改了0.4 kV 母聯(lián)斷路器自投自復功能的設置并將其運用于南京地鐵二號線的低壓配電系統(tǒng)中，經(jīng)過現(xiàn)場設備操作試驗證實，在確保系統(tǒng)安全性能的前提條件下，該方案可以有效地簡化運營人員的操作，極大地增強系統(tǒng)的自動化程度，使得一號線出現(xiàn)的相關問題均得到有效解決。本方案不僅在該工程項目中取得了良好的效果，而且可以推廣應用于具有相同系統(tǒng)條件、運營習慣的軌道交通項目中。

[1] 韓連祥.城鐵低壓配電系統(tǒng)運行方式及自投自復原理[J].地鐵與輕軌，2003，（1）.

[2] 徐德勤.智能低壓雙電源自投系統(tǒng)[J].江蘇電器，2005，（3）.

[3] 嚴亞軍.0.4 kV 低壓進線和母聯(lián)斷路器運行現(xiàn)狀調(diào)查和建議[J].電氣應用，2005，（12）.