徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶市 渝北區(qū)401121）

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

徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶市 渝北區(qū)401121）

時代在進步，我們對工程的衡量標(biāo)準(zhǔn)也在不停地進步，地鐵雖然經(jīng)歷了一個多世紀(jì)的成長已然很成熟了本文從簡單分析地鐵在城市生活中的地位以及地鐵在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀開始，對地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投進行了分析。希望能給同行一些建議。

地鐵；中壓交流；供電系統(tǒng)

1 引言

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（以下簡稱“備自投”）來提高系統(tǒng)的供電可靠性和供電連續(xù)性。如果對備自投工作原理或者動作判據(jù)對運行中可能的情況考慮不足，就會導(dǎo)致備自投的不正確動作，從而可能影響軌道交通安全穩(wěn)定運行。

2 國外地鐵的發(fā)展?fàn)顩r與國內(nèi)地鐵發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外地鐵的發(fā)展?fàn)顩r

人類從開始創(chuàng)始地鐵開始已經(jīng)有100多年了。世界公認的第一條地鐵是在倫敦是首個開通的，隨后布達佩斯創(chuàng)新性的修建了歐洲第一條電氣化地鐵。此后，世界各大城市都開始推廣使用地鐵。經(jīng)過上百年的發(fā)展，倫敦目前已擁有總長408km的地鐵網(wǎng)，他們的每天載客量平均在300萬人以上。一座擁有幾百萬甚至上千萬人口的大都市，交通擁擠是最令人頭痛的事。到較大城市的人都會感到，即使交通非常發(fā)達，但人口多，交通非常擁堵依然是一件讓人頭疼的事情。要緩解城市交通中的擁擠，就要走多元化的發(fā)展之路。修建高速公路、快速干道，高架輕軌鐵道和地下鐵道等，形成城市立體交通網(wǎng)絡(luò)格局。然而，在大城市里，修建地鐵才能減緩城市的交通、減少城市用地。

2.2 國內(nèi)地鐵發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)在重慶軌道已經(jīng)建成4條線路，運營里程超過200km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。到2020年通車總里程超過400km，可為600萬人提供方便快捷舒適的乘車服務(wù)，沿線車站周邊將集聚都市區(qū)60%的人口，步行10min即可到達車站。

3 地鐵交流供電系統(tǒng)的任務(wù)和組成

城市地鐵工程主要由土建工程和系統(tǒng)工程兩大部分構(gòu)成。其中系統(tǒng)工程又可分為軌道系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、供電牽引系統(tǒng)等近20個子系統(tǒng)。地鐵供電系統(tǒng)由外部電源、主變電所（或電源開閉所）、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）組成。

4 地鐵中壓供電系統(tǒng)運行方式

國內(nèi)城市軌道交通的供電系統(tǒng)通常采用2級電壓供電方式，即110（66）kV/35（10）kV。整個供電系統(tǒng)分成若干個供電區(qū)間。供電區(qū)間內(nèi)的各車站變電所采用雙環(huán)網(wǎng)供電方式，各車站內(nèi)的變電所均采用單母分段的供電結(jié)構(gòu)。圖1所示為一個供電區(qū)間供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 典型地鐵中壓交流供電系統(tǒng)圖

4.1 正常供電方式

主變電所為變電所提供2個獨立電源，2個電源分列運行，各個變電所母聯(lián)開關(guān)均處于斷開狀態(tài)。

4.2 一路進線電源退出運行方式

如Ⅰ段母線進線電源退出運行時，分斷該中壓電纜兩端的2個開關(guān)，母線分段開關(guān)合閘，由Ⅱ段母線進線電源承擔(dān)本變電所范圍內(nèi)全部負荷。

4.3 變電所一段中壓母線退出運行方式

變電所一段Ⅰ（Ⅱ）中壓母線退出時，母線分段開關(guān)被閉鎖不合閘，由另一個進線電源承擔(dān)本變電所范圍內(nèi)的全部1、2級負荷，此時由低壓側(cè)400V供電系統(tǒng)備自投實現(xiàn)所內(nèi)不間斷供電。變電所2段中壓母線退出時，該變電所完全退出運行。

5 地鐵中壓供電系統(tǒng)母聯(lián)備自投的幾種方式及比較

5.1 進線失壓合位啟動備自投

進線保護裝置失壓合位啟動備自投：

母聯(lián)保護裝置備自投合閘邏輯見圖2。優(yōu)點：此時通過進線斷路器在合位時失壓啟動備自投，就可以避免當(dāng)手動分閘進線、遙控分閘、過流保護跳閘時引起失壓造成備自投的啟動。缺點：站間需時間配合，供電級數(shù)過多對自投動作時間有影響。母聯(lián)備自投時，各相關(guān)變電所斷路器動作分析（以Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：A所Ⅰ段進線失壓后，進線微機保護裝置根據(jù)啟動備自投邏輯判斷，滿足條件后，向本所母聯(lián)發(fā)出啟動備自投信號，母聯(lián)發(fā)出跳進線命令，確認進線跳開（母聯(lián)收到進線分位信號）后，發(fā)母聯(lián)自投合閘命令，此時母聯(lián)斷路器合閘，Ⅰ段母線恢復(fù)供電。此種備自投方式已廣泛運用于上海等地鐵供電系統(tǒng)。

圖2 母聯(lián)備自投合閘邏輯

5.2 進線失壓跳閘啟動備自投

進線還有一種備自投啟動方式，即失壓跳閘啟動備自投。邏輯圖見圖3。失壓跳閘啟動備自投是當(dāng)進線失壓跳閘后，進線在分位時才啟動備自投。母聯(lián)備自投時（圖2），各相關(guān)變電所斷路器動作分析 （以Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：A所Ⅰ段進線失壓后，進線微機保護裝置根據(jù)啟動備自投邏輯判斷，滿足條件后，先跳開失壓線路斷路器，確認進線跳開（進線收到斷路器分位信號）后，向本所母聯(lián)發(fā)啟動備自投信號；母聯(lián)確認Ⅱ段母線正常，發(fā)母聯(lián)備自投合閘命令，此時母聯(lián)斷路器合閘，恢復(fù)對Ⅰ段母線供電。缺點：站間需時間配合，供電級數(shù)過多對自投動作時間有影響。

圖3 外電源進線失壓跳閘啟動備自投邏輯

5.3 進線的線路差動保護動作啟動備自投

當(dāng)區(qū)間線路環(huán)網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障導(dǎo)致差動保護動作時，作為下一個變電站電源的進線應(yīng)該啟動備自投，母聯(lián)保護裝置在接收到進線的啟動備自投信號后，根據(jù)運行備自投邏輯，條件滿足時閉合母聯(lián)斷路器。母聯(lián)備自投時（圖2），各相關(guān)變電所斷路器動作分析（以圖1中B、C所Ⅰ段電纜處于故障狀態(tài)為例）：B、C區(qū)間電纜出現(xiàn)接地環(huán)網(wǎng)進線啟動備自投邏輯時，線路差動保護裝置會出現(xiàn)不平衡電流，而一旦泄漏電流達到設(shè)計整定值，差動保護動作，此時B所出線、C所進線均跳開迅速隔離故障源。同時C所進線發(fā)啟動備自投信號至C所母聯(lián)保護裝置，C所母聯(lián)依據(jù)圖3備自投邏輯合閘，盡可能縮小停電范圍，保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。優(yōu)點：備自投動作時間快，不受站間時間配合影響。

5.4 被上級站聯(lián)跳啟動備自投

上級站母線出現(xiàn)問題時，本段母線的進線母線主保護會跳開進線斷路器，與此同時跳開出線斷路器。母聯(lián)保護裝置在接收到進線的啟動備自投信號后，閉合母聯(lián)斷路器。母聯(lián)備自投時（圖3），各相關(guān)變電所斷路器動作分析（以B所Ⅰ段母線處于故障狀態(tài)為例）：B所母線故障時，B所Ⅰ段母線進線動作，切斷故障電源。從系統(tǒng)圖1上可以看出，故障點越靠近主變電所，停電區(qū)間越長，范圍越大。為此，進線母線主保護動作的同時跳開本段母線出線并且跳開C站進線，C站進線發(fā)啟動備自投信號至C站母聯(lián)，C站母聯(lián)完成備自投邏輯運行，滿足邏輯圖3時母聯(lián)微機保護裝置發(fā)合閘信號，至此完成整個備自投過程。優(yōu)點：備自投動作時間快，不受站間時間配合影響。缺點：動作幾率小，只有在上級站母線故障時才動作。此種自投方式在北京地鐵有著成熟的應(yīng)用。

6 更合理、可靠、安全母聯(lián)備自投方案的探討

鑒于上述的幾種備自投方式均存在一定的缺點，為保證備自投的合理、可靠、安全，可考慮通過其他的邏輯方式或者是幾種備自投啟動方式相互配合來達到更好的效果。經(jīng)分析、論證和試驗，將進線失壓合位啟動備自投與差動保護動作啟動備自投兩種方式綜合考慮作為進線啟動備自投的條件，備自投功能更為可靠、安全、完善，能較好地克服以上幾種備自投方式所存在的缺點。當(dāng)區(qū)間線路故障時，由差動動作跳開電纜兩側(cè)斷路器，并啟動母聯(lián)備自投，實現(xiàn)快速恢復(fù)供電。當(dāng)因上級站故障而失電時，本站可以通過備自投合閘來恢復(fù)供電，這樣可以彌補差動備自投的不足。沈陽地鐵在充分吸收了各城市地鐵母聯(lián)備自投優(yōu)點的基礎(chǔ)上，并根據(jù)系統(tǒng)自身特點，就采用了這種備自投方案，該方案在沈陽地鐵應(yīng)用至今，效果良好。

7 結(jié)束語

隨著我國城市化進程的不斷推進，擁有地鐵的城市必然會增多，而且大城市的地鐵密度也會越來越大。采用更新的技術(shù)和方案以實現(xiàn)更低成本、更安全環(huán)保、更高效率的供電系統(tǒng)是地鐵發(fā)展的必然趨勢，為此我們還有很多的工作要做。論文從簡單分析地鐵在城市生活中的地位以及地鐵在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀開始，針對中壓供電系統(tǒng)實際工程建設(shè)，對本工程中地鐵中壓交流供電系統(tǒng)中母聯(lián)備自投等分析進行了深入研究。不斷完善的地鐵必將為城市的發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的提高做出更巨大貢獻。

[1]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答（2版）[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]宋大治.地鐵35kV供電網(wǎng)絡(luò)安全聯(lián)鎖設(shè)置.城市軌道交通，2009，6.

[3]余健明，同向前，蘇文成.供電技術(shù)（4版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

U231.8

A

2095-2066（2016）22-0226-02

2016-7-10

徐 韜（1978-），男，中級，本科，主要從事軌道交通供電工作。

李 欣（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事軌道交通供電專業(yè)工作。