劉宏泰，任春艷

0 引言

城市軌道交通35 kV 或者10 kV 環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由2 個(gè)110 kV/35 kV（10 kV）或者220 kV/35 kV（10 kV）主變電所同時(shí)向一條地鐵線不同分區(qū)相對方向供電，如果某個(gè)運(yùn)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(gè)主變電所應(yīng)該臨時(shí)進(jìn)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(nèi)實(shí)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(gè)主變電所供電故障或者系統(tǒng)解列時(shí)，OCC發(fā)出電調(diào)遙控操作指令（變電所按無人值守設(shè)計(jì)），或者派遣值班員到現(xiàn)場各變電所進(jìn)行分合閘，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大切換。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，這樣的遙控或者當(dāng)?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(fù)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(shí)中各條地鐵線確實(shí)都出現(xiàn)過該類事故，本文總結(jié)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(shí)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(shí)間在2.5 s之內(nèi)快速完成。

1 系統(tǒng)自動投切需要把握的2 個(gè)關(guān)鍵

實(shí)現(xiàn)35 kV 系統(tǒng)自動投切要注意把握2 個(gè)關(guān)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(guān)系，防止2 座主變電所在地鐵環(huán)網(wǎng)電纜來電時(shí)合環(huán)或者主變電所2 路不同進(jìn)線的合環(huán)；二是系統(tǒng)自動切換實(shí)現(xiàn)時(shí)限必須和環(huán)網(wǎng)線路的自投設(shè)置方式、各變電所的自投切換時(shí)間適當(dāng)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(wǎng)變電所內(nèi)自投及閉鎖關(guān)系要求，2 座主變電所35 kV 側(cè)和環(huán)網(wǎng)變電所自投僅僅在電纜差動動作時(shí)才瞬時(shí)啟動，閉鎖系統(tǒng)投切，若是進(jìn)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(jìn)線將啟動自動投切。進(jìn)線失壓時(shí)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（這里設(shè)置為A 秒，因不同變電所本身自動投切時(shí)間是不同的，所以這里不具體設(shè)置）斷路器不跳閘，不閉鎖相應(yīng)斷路器，也不啟動自投，A 秒后失壓進(jìn)線仍未有壓，才進(jìn)行本所自投。2 座主變電所35 kV 側(cè)和環(huán)網(wǎng)變電所必須同時(shí)滿足表1、表2 的邏輯閉鎖關(guān)系。

表1 主變電所邏輯閉鎖關(guān)系1 一覽表

表2 主變電所邏輯閉鎖關(guān)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(shè)計(jì)方案，龍華線35 kV 環(huán)網(wǎng)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(jìn)行系統(tǒng)切換時(shí)須考慮蓮花北變電所2 路進(jìn)線斷路器（301、302）、民樂應(yīng)急聯(lián)絡(luò)斷路器（303、304）、龍勝主變電所35 kV 2 路進(jìn)線斷路器（301、302）的相互閉鎖和投切關(guān)系（見表3）。

圖1 龍華線35 kV 環(huán)網(wǎng)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(shí)，將閉鎖蓮花北變電所2 路進(jìn)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(shí)，將閉鎖民樂2 臺應(yīng)急斷路器；龍勝主變電所或者蓮花北2 路進(jìn)線解列時(shí)，民樂應(yīng)急斷路器程序啟動，自動合上民樂2 臺應(yīng)急斷路器，實(shí)現(xiàn)全線切換。系統(tǒng)投切時(shí)間設(shè)定為2.0 s，該系統(tǒng)切換和閉鎖是在失壓變電所還未進(jìn)行失壓自動投切前進(jìn)行的，也就是說環(huán)網(wǎng)各所本身失壓自動投切的時(shí)間必須是按照一定的時(shí)間間隔階梯設(shè)置，且本身失壓自動投切時(shí)間最小的變電所失壓自動投切啟動時(shí)間（這里設(shè)置成2.5 s）不能小于系統(tǒng)切換時(shí)間，方能保證系統(tǒng)切換時(shí)不產(chǎn)生各所自身的母聯(lián)自動切換。這里環(huán)網(wǎng)階梯時(shí)間設(shè)置成0.5 s，也就是下一級失壓自動投切啟動設(shè)定時(shí)間是環(huán)網(wǎng)來電變電所本身的失壓自動投切時(shí)間加上0.5 s。

表3 龍華線主變電所邏輯閉鎖關(guān)系表

3 聯(lián)鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)

3.1 龍華線聯(lián)鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動大切換，首先要對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換的3 個(gè)變電所設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)路，設(shè)置考慮100%的冗余。各變電所均需有對應(yīng)的通訊設(shè)置。

3 站兩兩之間設(shè)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(gè)站對外提供4 路光纖通道與其他2 座變電所進(jìn)行通信（圖2，圖3）。

工作方式：正常情況下，每個(gè)站2 臺主機(jī)，3站都為A 機(jī)工作，B 機(jī)備用。此時(shí)B 機(jī)中信息通過網(wǎng)絡(luò)保持與A 機(jī)同步。

當(dāng)一站A 機(jī)故障，該站切換到B 機(jī)，其他站仍維持A 機(jī)工作，此時(shí)故障站B 機(jī)通過與其他站備用機(jī)B 的串口獲得其他2 站的信息保證連鎖系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

當(dāng)某站A 機(jī)故障恢復(fù)后，仍切換回A 機(jī)運(yùn)行。

當(dāng)2 站A 機(jī)間串口故障時(shí)，可以通過B 機(jī)間串口保證連鎖系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖2 龍華線主變電所間內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

圖3 龍華線主變電所間網(wǎng)絡(luò)接口示意圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)工作特點(diǎn)

該線網(wǎng)絡(luò)采用4 線422 方式，需有相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換裝置。

RS422 四線全雙工同一時(shí)刻既可發(fā)又可收，采用CDT 循環(huán)遠(yuǎn)動規(guī)約，這是因?yàn)镽S485 兩線半雙工同一時(shí)刻不可能既發(fā)又收，收發(fā)是時(shí)分的。由于在35 kV 全線連鎖中每個(gè)站都需獲取其他2 個(gè)站的信息來對閉鎖做出判斷，這就要求同一時(shí)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(cè)站斷路器位置同時(shí)將本身斷路器位置上傳給對側(cè)站。

在港鐵的將軍澳方案中也是采用422 串口而不是485。每個(gè)站提供4 路光纖通道，每一路通過光電轉(zhuǎn)換器。422 串口與站內(nèi)通信管理機(jī)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(jī)都分別預(yù)留2 個(gè)422 串口。

3.3 變電所內(nèi)PSCADA 工作網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

需要注意的是：

（1）無論開關(guān)柜的“遠(yuǎn)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(luò)斷路器合閘的前提之一是其2 個(gè)開關(guān)柜的“遠(yuǎn)方/就地”選擇把手在遠(yuǎn)方位。

4 系統(tǒng)投切時(shí)間和變電所自投時(shí)間確定

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

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

5 結(jié)語

本文所述自動切換系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)包括設(shè)備、通信都需要進(jìn)行固有工作時(shí)間、邏輯、通信、干擾測試，以保證組網(wǎng)后測試順利。

該自動投切系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際整體測試和個(gè)別問題糾偏糾錯，最后完全達(dá)到系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)的要求，為國內(nèi)其他地鐵線路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換奠定了良好的理論和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大大縮短了地鐵運(yùn)營系統(tǒng)故障引起的停運(yùn)時(shí)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(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[2] GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.