魏 巍，嚴 偉，沈全榮，牛洪海

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102)

2011年某地鐵線路發(fā)生了供電系統(tǒng)大面積停電事故，導致相關地鐵線路停運近2 h。該次事故的特點是供電系統(tǒng)中多個斷路器同時跳閘，導致互為備用的兩路地鐵電源同時切除。這與以往地鐵供電系統(tǒng)的停電事故截然不同[1]。

1保護動作情況

該次事故共發(fā)送2次保護動作，一次為110 kV電源的線路保護動作，另一次為35 kV系統(tǒng)部分斷路器零序過流保護的同時跳閘。發(fā)生事故的地鐵供電系統(tǒng)如圖1所示。地鐵主變壓器采用Yyn0接線方式，高壓側經間隙接地，低壓側經20 Ω電阻接地。

圖1地鐵供電系統(tǒng)結構

1.1 110 kV線路保護動作情況

110 kV電源1的保護裝置首先跳閘。該線路保護裝置的動作報告如圖2所示。

故障后經過現場確認，以上故障信息與實際故障情況吻合。110 kV線路1發(fā)生了A相永久性接地故障，110 kV線路保護動作正確[2]。

圖2 110 kV線路保護故障信息

1.2 35 kV系統(tǒng)保護動作情況

110 kV線路發(fā)生接地故障并被切除后，圖1中的301、302、314、324以及 1號車站變電所 101和 102進線斷路器同時跳閘。301和302斷路器作為主變低壓側斷路器，跳閘后直接導致主變電所失電。301、302等保護裝置的動作報告相同，如圖3所示。

圖3 301等斷路器保護故障信息

1.3保護定值配合分析

相關裝置零序過流保護定值如表1所示?，F場定值整定中雖然實現了零序保護電流定值的級差配合，但時間定值卻完全相同。這樣整定定值的原因是由于地鐵供電系統(tǒng)采用串行供電方式，且供電級數較多。而供電局強制要求301、302斷路器的最大延時定值不超過1.5 s，為了保證供電環(huán)串末端零序過流保護的逐級配合，被迫將上述6個斷路器的延時定值整定為相同的1.5 s。

該次故障中，零序電流達到了0.591 A，大于表1中所有保護裝置的電流定值，因此出現了6個斷路器同時跳閘的情況。

表1零序過流保護整定值

2故障零序電流產生原因分析

301和302斷路器的零序電流波形如圖4所示。301和302斷路器的零序電流大小相同，相位相差180，表現出環(huán)流的特點。314與324斷路器、1號車站變電所101與102斷路器的故障零序電流也是大小相同，相位相差180，同樣具有環(huán)流的特點[3]?？梢猿醪酵茰y：故障時零序電流從301一端流入，從302一端流出，零序電流回路貫穿了301、302、314、324以及1號車站變電所101和102斷路器。

圖4斷路器301與302的零序電流波形

110 kV電源線距離保護跳閘前后的故障波形如圖5所示。Ua，Ub，Uc分別為主變電所35 kV側Ⅰ母的三相電壓，I0為主變電所301斷路器的零序電流。T1時刻110 kV線路發(fā)生了A相接地故障，電壓發(fā)生了一次畸變；T2時刻110 kV電源1斷路器三相跳開，切除了A相的接地故障，電壓波形再次發(fā)生了畸變。T2時刻后，零序電流開始產生，直至T3時刻達到穩(wěn)態(tài)值。因此，T2時刻110 kV電源1的跳閘才是故障零序電流的直接觸發(fā)因素[4]。

由于地鐵35 kV系統(tǒng)為單端電源系統(tǒng)，當110 kV電源1斷路器完全跳開后，Ⅰ母A、B、C三相電壓應全部為0。但實際的錄波數據如圖6所示。T2時刻110 kV電源1跳開后，C相電壓先降低后增加，特別是進入穩(wěn)定期的T3時刻后C相電壓有效值穩(wěn)定在38 V左右，A相、B相電壓也沒有降到0，而是穩(wěn)定在10 V左右。38 V左右的電壓二次值對應的一次值將高達23 kV，因此可以斷定T2時刻后Ⅰ母C相有高壓電源串入[5]。

圖5 110 kV電源1跳閘時的故障波形

圖6 110 kV電源1跳閘時的故障波形有效值

T2時刻110 kV電源1跳開后，地鐵供電系統(tǒng)由電源2供電，結合之前對零序電流回路的分析，可以得出：1號車站變電所的母聯斷路器發(fā)生了C相閃絡故障，電源2的C相電壓通過閃絡點串入了Ⅰ母。故障過程為：1號車站變電的母聯斷路器首先出現了絕緣問題，T2時刻110 kV電源1跳開后，1號車站變電所的Ⅰ母C相電壓迅速降低（與圖6中C相電壓有效值曲線相吻合），導致母聯斷路器C相兩側的電勢差ΔE明顯增加，當ΔE大于斷路器殘存的絕緣電壓時斷路器發(fā)生閃絡。零序電流產生機制如圖7所示。

由于地鐵主變采用Yyn0接線方式，且低壓側采用20 Ω電阻接地方式，母聯閃絡故障時，經過閃絡故障點、2臺主變的20 Ω接地電阻以及大地就形成了閃絡故障的零序電流回路。故障發(fā)生后，作者與地鐵公司電氣檢修人員對1號車站變電所的母聯斷路器進行了現場檢查，檢查結果為：母聯真空斷路器的C相真空包漏氣，絕緣能力降低，且斷路器C相有明顯燒損痕跡。進一步驗證了以上分析。

圖7零序電流產生機制

3改進措施

地鐵供電系統(tǒng)母聯閃絡故障的危害性較大，為進一步提高地鐵供電系統(tǒng)的安全運行能力，提出以下改進措施：（1）實現零序過流保護的時間級差配合。通過以上分析，零序保護延時定值相同大面積同時跳閘主要原因。如果能夠實現上下級斷路器間保護定值的時間級差配合，該次事故是完全可以避免的。但是考慮到地鐵環(huán)網供電系統(tǒng)定值整定方面的實際困難，該方法的適用性會受到一定的影響。（2）配置專用地鐵母聯閃絡保護裝置。閃絡保護裝置利用零序電流和斷路器位置信號為閃絡判據[6]。當閃絡故障發(fā)生后快速隔離切除故障點，從而完全避免主變電所停運事故的發(fā)生。

4結束語

地鐵供電系統(tǒng)的母聯斷路器絕緣降低在系統(tǒng)正常運行時具有一定的隱蔽性，一旦發(fā)生單路110 kV電源切除事件，母聯閃絡故障就有可能發(fā)生，并導致大面積的停電停運事故。結合對一起地鐵供電系統(tǒng)停電事故，分析了母聯閃絡故障的產生原因和危害。最后提出了有針對性的改進升級措施，供同行技術人員參考。

[1]張建根.廣州地鐵供電系統(tǒng)33 kV環(huán)網接線方式的思考[J].城市軌道交通研究，2006，9(7)：1-5.

[2]趙立峰，李延強，姚 剛.線路光纖縱差保護在北京地鐵5號線的應用[J].城市軌道交通研究，2008，11(4）：14-17.

[3]江文東.10 kV小電阻接地系統(tǒng)零序過流定值的探討[J].電力自動化設備，2002，22(10)：79-81.

[4]鮑有理，嚴 芬.幾起主變保護動作原因分析[J].江蘇電機工程，2012，31(4)：9-11.

[5]劉 靜.變電站事故跳閘信號的分析[J].江蘇電機工程，2013，32(4)：17-20.

[6]湯 勇，常 勝，趙志華，等.220 kV主變開關斷口閃絡保護設計探討[J].繼電器，2003，31(9)：45-48.