中鐵武漢電氣化局集團有限公司 湖北武漢 430070

摘要：近年來，隨著我國城市人口的日益增多，私家車的數(shù)量也不斷增多，城市交通問題原來越嚴(yán)峻，交通堵塞現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響居民出行，這已成為社會各界人士關(guān)注的熱點話題。因此，地鐵的出現(xiàn)為解決這一問題指明了新方向。本文介紹和分析了地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母備自投啟動方式，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)供電是電力部門的首要任務(wù)。地鐵供電一旦出現(xiàn)問題，將會造成地鐵運輸癱瘓。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，能自動將用戶切換到備用電源上去，實現(xiàn)持續(xù)供電。它對提高多電源供電負(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，對于促進地鐵行業(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)針對列車工作中存在的問題利用電源系統(tǒng)進行綜合控制和管理，科學(xué)高效地保證地鐵運行的安全、穩(wěn)定和可靠，大大提高地鐵的經(jīng)濟性和節(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作。若備用電源不符合電壓條件時，備自投裝置可靠不動作。

3.2 斷開工作電源

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)進線斷路器斷開后，再投入備用電源使用。

3.3 投入前延時

斷開工作電源的斷路器必須在備自投裝置自動投入之前經(jīng)過延時，并且延時時間應(yīng)大于外部故障排除時間的最大值，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作一次

備自投裝置只允許動作一次，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)一般采用兩級電壓供電方式，且主變電所自供電局引入兩路110kv獨立電源，33kv則采用單母線分段接線方式。整個供電系統(tǒng)分成很多區(qū)域，各車站變電采用雙路電源供電方式，且這兩個電源分列運行，每個變電所母聯(lián)開關(guān)都處于斷開狀態(tài)。一個供電區(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)備自投和進線備自投。電纜側(cè)和母線均無壓是其啟動的前提條件，如果母線斷路器檢測到備自投啟動信號，就會立即判斷兩段母線電壓是否滿足條件，然后經(jīng)過延時跳進線斷路器，當(dāng)進線分閘位置返回后母聯(lián)斷路器延時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)備自投和進線備自投兩部分。正常運行方式下，它的啟動條件是進線差動保護裝置發(fā)出到進線斷路器綜保單元，由差動保護切出故障回路，然后由進線斷路器的綜保單元啟動備自投，其接收啟動信號后經(jīng)過延時后，根據(jù)運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 進線線路差動保護動作啟動備自投

環(huán)網(wǎng)進線保護裝置啟動備自投邏輯如圖1所示，B、C變電所區(qū)間電纜出現(xiàn)接地時，線路差動保護裝置中有不平衡電流通過，當(dāng)這種不平衡電流值增加到設(shè)計整定值，線路差動保護動作，這是B所出線、C所進線都跳開并迅速隔離故障源。此時C所進線開啟備自投信號到C所母聯(lián)保護裝置，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作時間短、不受站內(nèi)時間配合的影響、縮小停電范圍等優(yōu)勢，但同時也有發(fā)生動作的幾率小的缺點，因為它只在區(qū)間電纜發(fā)生故障時才動作。

5.2 進線失壓跳閘啟動備自投

進線的其中一種備自投啟動方式是失壓跳閘啟動備自投。下圖3即為其邏輯圖。

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

外電源進線失壓跳閘啟動備自投是一種在進線失壓跳閘之后才啟動備自投的備自投邏輯。這種進線方式需要站內(nèi)時間配合，供電級數(shù)太多會影響自投動作時間，且當(dāng)兩段進線相繼失壓時需要手動恢復(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 進線失壓合位啟動備自投

進線的另一種方式是進線失壓合位啟動備自投，其邏輯圖如下圖4。

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

這種備自投方式仍需要站內(nèi)時間的配合，當(dāng)供電級數(shù)過多時仍會影響自投動作時間。但相比失壓跳閘啟動備自投，它已大有改善。進線失壓備自投通過進線斷路器在合位時失壓啟動備自投，便能夠避免當(dāng)遙控分閘、手動分閘進線、過流保護跳閘時引起失壓而導(dǎo)致備自投啟動。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)備自投的實際運行中，仍會遇到種種問題，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)管理的先進合理性方面，國內(nèi)沒有十分成功的經(jīng)驗，仍與國外發(fā)達國家有一定差距。在供電配網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)中沒有充分重視可靠性評估方法，對可靠性管理工作的認(rèn)識不足，沒有完全建立起檢修施工整體規(guī)劃建設(shè)意識?；诠╇娤到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和各類設(shè)備故障導(dǎo)致的停電對可靠性產(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)，加強對可靠性工作管理和管理人員的技術(shù)培訓(xùn)，增強可靠性管理意識，提升供電系統(tǒng)管理人員職業(yè)素養(yǎng)。其次，要加強對地鐵電力設(shè)施的保護，定期進行檢修，以減少外部因素對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，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。比如將差動保護動作啟動備自投和進線失壓合位備自投這兩種方式相互配合進線啟動備自投的條件。當(dāng)區(qū)間線路發(fā)生故障時，差動動作跳開電纜兩端斷路器，并立即開啟母聯(lián)備自投，快速恢復(fù)供電。通過備自投合閘恢復(fù)供電，可以較好的相互彌補這兩種方式的缺點，充分發(fā)揮出兩者的優(yōu)點。改進的進線啟動備自投邏輯圖5。

圖5 改進的進線啟動備自投邏輯圖

7 結(jié)束語

經(jīng)過以上討論分析，結(jié)合國內(nèi)地鐵對備自投的應(yīng)用，我們應(yīng)不斷優(yōu)化完善備自投啟動條件，充分保證地鐵各級供電負(fù)荷。在具體項目實施過程中，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，才能確保地鐵運營過程中各保護動作可靠發(fā)生。

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作者簡介：

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