南昌地鐵2 號線三級負(fù)荷總開關(guān)消防切非后自復(fù)失效原因分析及對策

劉良峰

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州510010）

1 引言

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。

2 低壓配電系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式

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

2.2 三級負(fù)荷總開關(guān)來電自復(fù)邏輯

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。

2.3 FAS 消防切非原理

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。

3 三級負(fù)荷總開關(guān)消防切非后自復(fù)失效原因分析

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。

4 南昌2 號線解決方案及分析

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。

5 結(jié)語

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。