城市軌道交通35 kV 供電系統(tǒng)自動切換運作模式

劉宏泰，任春艷

0 引言

城市軌道交通35 kV 或者10 kV 環(huán)網供電系統(tǒng)設計成由2 個110 kV/35 kV（10 kV）或者220 kV/35 kV（10 kV）主變電所同時向一條地鐵線不同分區(qū)相對方向供電，如果某個運行中的主變電所出現(xiàn)解列或者需要故障檢修，那么另一個主變電所應該臨時進行系統(tǒng)救援，完成主變電所35 kV/10 kV 系統(tǒng)切換，提供給全線所有牽引動力、低壓動力、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等用電。國內實現(xiàn)這種系統(tǒng)大切換通常是采用手動模式，即OCC（主控系統(tǒng)）若發(fā)現(xiàn)某個主變電所供電故障或者系統(tǒng)解列時，OCC發(fā)出電調遙控操作指令（變電所按無人值守設計），或者派遣值班員到現(xiàn)場各變電所進行分合閘，實現(xiàn)系統(tǒng)大切換。統(tǒng)計數(shù)據顯示，這樣的遙控或者當?shù)厥謩忧袚Q大約需要30～50 min 方能完成，可城市軌道交通供電是一級負荷，延誤10 min 的行車就按事故處理，30 min 就是重大事故，雖然主變電所出現(xiàn)解列的幾率很低，但現(xiàn)實中各條地鐵線確實都出現(xiàn)過該類事故，本文總結了深圳地鐵龍華線成功通過系統(tǒng)軟硬件搭接，現(xiàn)場模擬實現(xiàn)35 kV 系統(tǒng)自動切換，取得系統(tǒng)切換成功，總的投切時間在2.5 s之內快速完成。

1 系統(tǒng)自動投切需要把握的2 個關鍵

實現(xiàn)35 kV 系統(tǒng)自動投切要注意把握2 個關鍵：一是防止系統(tǒng)電源合環(huán)，也就是必須采用可靠的閉鎖關系，防止2 座主變電所在地鐵環(huán)網電纜來電時合環(huán)或者主變電所2 路不同進線的合環(huán)；二是系統(tǒng)自動切換實現(xiàn)時限必須和環(huán)網線路的自投設置方式、各變電所的自投切換時間適當配合。如果2 方面不能兼顧，則系統(tǒng)自動切換將會失敗，甚至造成供電合分閘紊亂。

鑒于本文主要討論系統(tǒng)切換，所以僅簡要介紹一下環(huán)網變電所內自投及閉鎖關系要求，2 座主變電所35 kV 側和環(huán)網變電所自投僅僅在電纜差動動作時才瞬時啟動，閉鎖系統(tǒng)投切，若是進線發(fā)生差動跳閘，將啟動自投；若是出線發(fā)生差動跳閘，僅本所跳閘，不啟動出線二次合閘，同條差動跳閘的下級變電所進線將啟動自動投切。進線失壓時在規(guī)定的時間內（這里設置為A 秒，因不同變電所本身自動投切時間是不同的，所以這里不具體設置）斷路器不跳閘，不閉鎖相應斷路器，也不啟動自投，A 秒后失壓進線仍未有壓，才進行本所自投。2 座主變電所35 kV 側和環(huán)網變電所必須同時滿足表1、表2 的邏輯閉鎖關系。

表1 主變電所邏輯閉鎖關系1 一覽表

表2 主變電所邏輯閉鎖關系2 一覽表

2 系統(tǒng)切換及閉鎖方案

本文以深圳地鐵龍華線為例說明系統(tǒng)切換及閉鎖設計方案，龍華線35 kV 環(huán)網圖見圖1，由于文化中心主變電所（主變電所圖中簡稱為“主站”）是深圳地鐵龍華線和一號線的共用主變電所，所以在進行系統(tǒng)切換時須考慮蓮花北變電所2 路進線斷路器（301、302）、民樂應急聯(lián)絡斷路器（303、304）、龍勝主變電所35 kV 2 路進線斷路器（301、302）的相互閉鎖和投切關系（見表3）。

圖1 龍華線35 kV 環(huán)網示意圖

從表3 可以得出龍勝主變電所和民樂變電所斷路器均投入時，將閉鎖蓮花北變電所2 路進線斷路器合閘；龍勝主變電所和蓮花北變電所斷路器均投入時，將閉鎖民樂2 臺應急斷路器；龍勝主變電所或者蓮花北2 路進線解列時，民樂應急斷路器程序啟動，自動合上民樂2 臺應急斷路器，實現(xiàn)全線切換。系統(tǒng)投切時間設定為2.0 s，該系統(tǒng)切換和閉鎖是在失壓變電所還未進行失壓自動投切前進行的，也就是說環(huán)網各所本身失壓自動投切的時間必須是按照一定的時間間隔階梯設置，且本身失壓自動投切時間最小的變電所失壓自動投切啟動時間（這里設置成2.5 s）不能小于系統(tǒng)切換時間，方能保證系統(tǒng)切換時不產生各所自身的母聯(lián)自動切換。這里環(huán)網階梯時間設置成0.5 s，也就是下一級失壓自動投切啟動設定時間是環(huán)網來電變電所本身的失壓自動投切時間加上0.5 s。

表3 龍華線主變電所邏輯閉鎖關系表

3 聯(lián)鎖網絡結構及工作特點

3.1 龍華線聯(lián)鎖網絡結構

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動大切換，首先要對實現(xiàn)系統(tǒng)切換的3 個變電所設置網絡通信環(huán)路，設置考慮100%的冗余。各變電所均需有對應的通訊設置。

3 站兩兩之間設置2 對422 串口：即龍華主變電所到民樂站間提供2 對422 串口；民樂至蓮花北站間提供2 對422 串口；蓮花變電所至龍華主變電所提供2 對422 串口；每個站對外提供4 路光纖通道與其他2 座變電所進行通信（圖2，圖3）。

工作方式：正常情況下，每個站2 臺主機，3站都為A 機工作，B 機備用。此時B 機中信息通過網絡保持與A 機同步。

當一站A 機故障，該站切換到B 機，其他站仍維持A 機工作，此時故障站B 機通過與其他站備用機B 的串口獲得其他2 站的信息保證連鎖系統(tǒng)的正常運行。

當某站A 機故障恢復后，仍切換回A 機運行。

當2 站A 機間串口故障時，可以通過B 機間串口保證連鎖系統(tǒng)的正常運行。

圖2 龍華線主變電所間內外網絡連接示意圖

圖3 龍華線主變電所間網絡接口示意圖

3.2 網絡工作特點

該線網絡采用4 線422 方式，需有相應光電轉換裝置。

RS422 四線全雙工同一時刻既可發(fā)又可收，采用CDT 循環(huán)遠動規(guī)約，這是因為RS485 兩線半雙工同一時刻不可能既發(fā)又收，收發(fā)是時分的。由于在35 kV 全線連鎖中每個站都需獲取其他2 個站的信息來對閉鎖做出判斷，這就要求同一時刻既要發(fā)又要收，因此需要采取422 方式而不是485 方式。

采集對側站斷路器位置同時將本身斷路器位置上傳給對側站。

在港鐵的將軍澳方案中也是采用422 串口而不是485。每個站提供4 路光纖通道，每一路通過光電轉換器。422 串口與站內通信管理機相連。民樂變電所，蓮花北變電所，龍勝主變電所的每臺通信管理機都分別預留2 個422 串口。

3.3 變電所內PSCADA 工作網絡設計

需要注意的是：

（1）無論開關柜的“遠方/就地”選擇把手在何種位置，綜控屏對斷路器的閉鎖均有效。

（2）綜控屏遙控民樂站聯(lián)絡斷路器合閘的前提之一是其2 個開關柜的“遠方/就地”選擇把手在遠方位。

4 系統(tǒng)投切時間和變電所自投時間確定

整個系統(tǒng)包括主變電所側，PSCADA 系統(tǒng)全部采用OCC 主控系統(tǒng)通信時鐘對時。系統(tǒng)閉鎖及投切時間主要是由系統(tǒng)通信設備、PSCADA 監(jiān)控組網設備（涉及系統(tǒng)切換的變電所）、主控系統(tǒng)相關設備等協(xié)同工作的固有時間來確定，經過現(xiàn)場系統(tǒng)大切換實際時間測試（5 次最大值），整個系統(tǒng)投切需要2.0 s。

為保證各環(huán)網變電所安全可靠，各個環(huán)網變電所本身的自投時間靠近民樂的第一個變電所梅林變電所或者紅山的自投啟動時間設定為2.5 s，再下一級變電所本身自投設置為3.0 s，民樂變電所另一側的上梅林變電所也設置為2.5 s，依此類推。

5 結語

本文所述自動切換系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)包括設備、通信都需要進行固有工作時間、邏輯、通信、干擾測試，以保證組網后測試順利。

該自動投切系統(tǒng)經過現(xiàn)場實際整體測試和個別問題糾偏糾錯，最后完全達到系統(tǒng)理論設計的要求，為國內其他地鐵線路實現(xiàn)系統(tǒng)切換奠定了良好的理論和實際運行經驗，大大縮短了地鐵運營系統(tǒng)故障引起的停運時間，值得廣泛推廣。

[1] 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.