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

中鐵武漢電氣化局集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430070

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)城市人口的日益增多，私家車(chē)的數(shù)量也不斷增多，城市交通問(wèn)題原來(lái)越嚴(yán)峻，交通堵塞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響居民出行，這已成為社會(huì)各界人士關(guān)注的熱點(diǎn)話題。因此，地鐵的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題指明了新方向。本文介紹和分析了地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母?jìng)渥酝秵?dòng)方式，闡述了母聯(lián)備自投裝置的投入原理、工作原理、優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：地鐵；中壓交流；供電系統(tǒng)；母聯(lián)備自投

1 引言

地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，保證其用電負(fù)荷持續(xù)供電是電力部門(mén)的首要任務(wù)。地鐵供電一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)造成地鐵運(yùn)輸癱瘓。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，即備自投，這種裝置在地鐵電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)將用戶切換到備用電源上去，實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。它對(duì)提高多電源供電負(fù)荷的供電可靠性、安全性，保證供電連續(xù)性具有重要意義，對(duì)于促進(jìn)地鐵行業(yè)發(fā)展起著極為關(guān)鍵作用。

2 地鐵供電系統(tǒng)概述

供電系統(tǒng)是利用各種系統(tǒng)原理和工作方案構(gòu)成的一種綜合性管理模式，包括外部電源、主變電所和監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成。地鐵供電系統(tǒng)針對(duì)列車(chē)工作中存在的問(wèn)題利用電源系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制和管理，科學(xué)高效地保證地鐵運(yùn)行的安全、穩(wěn)定和可靠，大大提高地鐵的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。

3 備自投條件

3.1 備用電源應(yīng)滿足電壓條件

備自投裝置只有在失去工作電源并且備用電源處于正常備自投功能投入狀態(tài)下才能保證備自投的可靠動(dòng)作。若備用電源不符合電壓條件時(shí)，備自投裝置可靠不動(dòng)作。

3.2 斷開(kāi)工作電源

為了防止備用電源投入到故障元件上，加重事故或設(shè)備損壞程度，要確認(rèn)進(jìn)線斷路器斷開(kāi)后，再投入備用電源使用。

3.3 投入前延時(shí)

斷開(kāi)工作電源的斷路器必須在備自投裝置自動(dòng)投入之前經(jīng)過(guò)延時(shí)，并且延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于外部故障排除時(shí)間的最大值，這是為了避免受到因工作母線引出線故障引起的母線電壓下降的影響。

3.4 備自投裝置只允許動(dòng)作一次

備自投裝置只允許動(dòng)作一次，為避免多次投入到故障元件上造成更大沖擊和事故。

4 中壓交流供電系統(tǒng)母聯(lián)備自投的工作原理和運(yùn)行方式

4.1 工作原理

城市軌道交通的供電系統(tǒng)一般采用兩級(jí)電壓供電方式，且主變電所自供電局引入兩路110kv獨(dú)立電源，33kv則采用單母線分段接線方式。整個(gè)供電系統(tǒng)分成很多區(qū)域，各車(chē)站變電采用雙路電源供電方式，且這兩個(gè)電源分列運(yùn)行，每個(gè)變電所母聯(lián)開(kāi)關(guān)都處于斷開(kāi)狀態(tài)。一個(gè)供電區(qū)間供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4.2 電源所（直接與主變電所相連的所）備自投

包括母聯(lián)備自投和進(jìn)線備自投。電纜側(cè)和母線均無(wú)壓是其啟動(dòng)的前提條件，如果母線斷路器檢測(cè)到備自投啟動(dòng)信號(hào)，就會(huì)立即判斷兩段母線電壓是否滿足條件，然后經(jīng)過(guò)延時(shí)跳進(jìn)線斷路器，當(dāng)進(jìn)線分閘位置返回后母聯(lián)斷路器延時(shí)2000ms備自投合閘。

4.5 環(huán)網(wǎng)所（不直接與主變電所相連的所）備自投

也包括母聯(lián)備自投和進(jìn)線備自投兩部分。正常運(yùn)行方式下，它的啟動(dòng)條件是進(jìn)線差動(dòng)保護(hù)裝置發(fā)出到進(jìn)線斷路器綜保單元，由差動(dòng)保護(hù)切出故障回路，然后由進(jìn)線斷路器的綜保單元啟動(dòng)備自投，其接收啟動(dòng)信號(hào)后經(jīng)過(guò)延時(shí)后，根據(jù)運(yùn)行備自投邏輯合閘以恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

5 地鐵中壓供電系統(tǒng)母聯(lián)備自投的方式比較

5.1 進(jìn)線線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)備自投

環(huán)網(wǎng)進(jìn)線保護(hù)裝置啟動(dòng)備自投邏輯如圖1所示，B、C變電所區(qū)間電纜出現(xiàn)接地時(shí)，線路差動(dòng)保護(hù)裝置中有不平衡電流通過(guò)，當(dāng)這種不平衡電流值增加到設(shè)計(jì)整定值，線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，這是B所出線、C所進(jìn)線都跳開(kāi)并迅速隔離故障源。此時(shí)C所進(jìn)線開(kāi)啟備自投信號(hào)到C所母聯(lián)保護(hù)裝置，C所母聯(lián)依據(jù)圖2中備自投邏輯合閘，盡最大可能的縮小停電范圍。

這種方式具有備自投動(dòng)作時(shí)間短、不受站內(nèi)時(shí)間配合的影響、縮小停電范圍等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也有發(fā)生動(dòng)作的幾率小的缺點(diǎn)，因?yàn)樗辉趨^(qū)間電纜發(fā)生故障時(shí)才動(dòng)作。

5.2 進(jìn)線失壓跳閘啟動(dòng)備自投

進(jìn)線的其中一種備自投啟動(dòng)方式是失壓跳閘啟動(dòng)備自投。下圖3即為其邏輯圖。

進(jìn)線失壓時(shí)，進(jìn)線保護(hù)裝置依據(jù)啟動(dòng)備自投邏輯原理判斷，若滿足條件，失壓線路斷路器會(huì)跳開(kāi)，進(jìn)線受到斷路器分位信號(hào)后，立即向本所母聯(lián)發(fā)出啟動(dòng)備自投信號(hào)，經(jīng)母聯(lián)確認(rèn)正常后，發(fā)出合閘命令信號(hào)，母聯(lián)斷路器就會(huì)重新對(duì)I段母線供電

外電源進(jìn)線失壓跳閘啟動(dòng)備自投是一種在進(jìn)線失壓跳閘之后才啟動(dòng)備自投的備自投邏輯。這種進(jìn)線方式需要站內(nèi)時(shí)間配合，供電級(jí)數(shù)太多會(huì)影響自投動(dòng)作時(shí)間，且當(dāng)兩段進(jìn)線相繼失壓時(shí)需要手動(dòng)恢復(fù)供電。因此這種自投方式已經(jīng)很少用于現(xiàn)代地鐵供電系統(tǒng)中。

5.3 進(jìn)線失壓合位啟動(dòng)備自投

進(jìn)線的另一種方式是進(jìn)線失壓合位啟動(dòng)備自投，其邏輯圖如下圖4。

當(dāng)Ⅰ段母線發(fā)生故障時(shí)，即若A所Ⅰ段進(jìn)線失壓，進(jìn)線保護(hù)裝置依據(jù)備自投邏輯判斷是否滿足失壓條件，確認(rèn)滿足后發(fā)出啟動(dòng)備自投信號(hào)，母線立即發(fā)出跳進(jìn)線命令，確認(rèn)當(dāng)母聯(lián)確認(rèn)進(jìn)線分位信號(hào)后，母聯(lián)自投斷路器合閘，此時(shí)便恢復(fù)供電。

這種備自投方式仍需要站內(nèi)時(shí)間的配合，當(dāng)供電級(jí)數(shù)過(guò)多時(shí)仍會(huì)影響自投動(dòng)作時(shí)間。但相比失壓跳閘啟動(dòng)備自投，它已大有改善。進(jìn)線失壓備自投通過(guò)進(jìn)線斷路器在合位時(shí)失壓?jiǎn)?dòng)備自投，便能夠避免當(dāng)遙控分閘、手動(dòng)分閘進(jìn)線、過(guò)流保護(hù)跳閘時(shí)引起失壓而導(dǎo)致備自投啟動(dòng)。因此這種自投方式在北京上海等地鐵供電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

6 備自投體系方案優(yōu)化

在地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投的實(shí)際運(yùn)行中，仍會(huì)遇到種種問(wèn)題，導(dǎo)致地鐵供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為此，我們必須從事故中總結(jié)歸納，不斷優(yōu)化改進(jìn)備自投系統(tǒng)。因此我們從管理和技術(shù)兩方面探討備自投方案的優(yōu)化。

6.1 管理方面

在供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)管理的先進(jìn)合理性方面，國(guó)內(nèi)沒(méi)有十分成功的經(jīng)驗(yàn)，仍與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。在供電配網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)中沒(méi)有充分重視可靠性評(píng)估方法，對(duì)可靠性管理工作的認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有完全建立起檢修施工整體規(guī)劃建設(shè)意識(shí)。基于供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和各類(lèi)設(shè)備故障導(dǎo)致的停電對(duì)可靠性產(chǎn)生的影響，從管理方面提出提高可靠性管理的建議。

首先，要建立并不斷完善地鐵供電系統(tǒng)可靠性管理網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)對(duì)可靠性工作管理和管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，增強(qiáng)可靠性管理意識(shí)，提升供電系統(tǒng)管理人員職業(yè)素養(yǎng)。其次，要加強(qiáng)對(duì)地鐵電力設(shè)施的保護(hù)，定期進(jìn)行檢修，以減少外部因素對(duì)供電可靠性引起的故障。

6.2 技術(shù)方面

上述闡述的三種備自投方案都有各自優(yōu)缺點(diǎn)，為提高備自投的安全可靠性，可以將不同備自投方案結(jié)合使用取得更佳方案。比如將差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)備自投和進(jìn)線失壓合位備自投這兩種方式相互配合進(jìn)線啟動(dòng)備自投的條件。當(dāng)區(qū)間線路發(fā)生故障時(shí)，差動(dòng)動(dòng)作跳開(kāi)電纜兩端斷路器，并立即開(kāi)啟母聯(lián)備自投，快速恢復(fù)供電。通過(guò)備自投合閘恢復(fù)供電，可以較好的相互彌補(bǔ)這兩種方式的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮出兩者的優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)的進(jìn)線啟動(dòng)備自投邏輯圖5。

圖5 改進(jìn)的進(jìn)線啟動(dòng)備自投邏輯圖

7 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上討論分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)地鐵對(duì)備自投的應(yīng)用，我們應(yīng)不斷優(yōu)化完善備自投啟動(dòng)條件，充分保證地鐵各級(jí)供電負(fù)荷。在具體項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，必須結(jié)合電源所和環(huán)網(wǎng)所備自投，才能盡可能減小供電系統(tǒng)發(fā)生故障造成的影響，才能確保地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各保護(hù)動(dòng)作可靠發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：

曹寶安 男 1975.3月生 本科學(xué)歷，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理方面的工作。