地鐵車站變電所電氣元器件選型分析

鄒榮

摘 要：地鐵車站變電所所用的電氣元器件種類比較多，且不同種類的元器件又可分不同的類型，在設計變電所的過程中，應綜合考慮地鐵車站配電系統的具體情況，依據電壓、電流、負荷等選擇適合的電氣元器件。如果元器件的選型不當，不僅會影響變電所的運行效率，而且會影響整個地鐵車站的運行，嚴重時甚至造成地鐵乘客的人身傷亡，因而，應高度重視地鐵車站變電所的電氣元器件的選型。文章先分析電氣元器件選擇的一般條件，在此基礎上探討斷路器、電流互感器等電氣元器件的選型，以期能為地鐵車站變電所有關設計單位提供參考。

關鍵詞：地鐵車站；變電所；電氣元器件；選型；條件

1 引言

地鐵是我國重要的公共交通基礎設施，客流量較大，因而，保證地鐵的安全對于保證我國社會穩定和經濟健康發展具有重要的意義。變電所時地鐵車站的核心系統，因而必須慎重選擇變電所所用到的電氣元器件，在選擇電氣元器件的型號時，應結合地鐵車站變電所的具體情況和電氣元器件的參數認真分析，選擇適宜的電氣元器件，從而保證地鐵的正常運行。

2 地鐵車站變電所電氣元器件選擇的一般條件

2.1 電氣元器件選擇的一般原則

在選擇地鐵車站變電所電氣元器件時，首先應使其滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并同時考慮到遠景發展。在選定電氣元器件后，應按當地環境條件進行校核，以達到技術上的先進性與經濟上的合理性，安全可靠且與整個工程的建設標準協調一致。如果所選擇的電氣元器件是同類設備，則應盡量減少電氣設備規格品種。選用的電氣元器件品種，應具有可靠的試驗數據，確保其經過正式鑒定的型式試驗報告并為合格產品。

2.2 電氣元器件選擇的技術條件

在選擇電氣元器件時，應保證其能在長期工作條件下和發生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。在長期工作條件下，所選用電器元器件的允許最高工作電壓不應低于該回路的最高運行電壓，且額定電流也不應低于所在回路在各種可能運行方式下的持續工作電流，允許機械荷載也不應小于在電氣元器件引線在正常運行和短路時的最大作用力。選定電器元器件后，應按可能通過的最大短路電流進行動穩定校驗和熱穩定校驗，確認其符合規定的條件。此外，在工作電壓和過電壓的作用下，電氣元器件的內、外絕緣應保證必要的可靠性。電氣元器件的絕緣水平，應按電網中出現的各種過電壓和保護設備相應的保護水平來確定。當所選電氣元器件的絕緣水平低于國家規定的標準數值時，應通過絕緣配合計算，選用適當的過電壓保護設備。

3 地鐵車站變電所電氣元器件的選型分析

3.1 斷路器操作機構選型

斷路器是一種較為常見的開關裝置，能夠完成對正常回路條件下的電流的關合、承載和開斷動作，同時也適用于異常回路條件下的電流的關合、規定時間內的承載和開斷動作。在地鐵車站變電所中，當出現過載、短路或欠壓等問題時，斷路器能自動切斷電路，而且無需變更零部件即可分斷故障電流，因而，常利用斷路器來分配電能，并保護電動機和電源線路。線路由35KV/0.4變壓器，低壓斷路器額定短時耐受電流（Icw）滿足：50kA3秒，地鐵車站變電所所用的斷路器有多種選型，按操作方式可分為電動操作、儲能操作和手動操作三種，按結構劃分，又可分為萬能式和塑殼式斷路器。通常，進線斷路器和母聯斷路器采用萬能式電動儲能斷路器的操作機構，操作機構的控制電源電壓為：110VDC。

3.2 進線斷路器欠壓保護

在地鐵車站變電所，為了防止低壓電氣的運行狀態為欠壓或缺相狀態，通常都會為進線斷路器配備欠壓保護。一般而言，欠壓保護功能的實現主要通過邏輯編程或欠壓脫扣器來完成。如果額定工作電壓下降了30&-65%，欠壓脫扣器應進行動作。當電源電壓不低于脫扣器額定工作電壓的85%時，欠壓脫扣器應能保證斷路器處于閉合狀態，當電源電壓不足脫扣器額定工作電壓的35%時，則應阻止斷路器的閉合。欠壓保護對斷路器的動作可以瞬時進行，也可以延時進行，且延時的時間是可以調節的。正常狀態下，欠壓脫扣器應保持一定的工作電壓，使得脫扣器的鎖鉤足以克服彈簧的作用力，而不致影響斷路器的合閘。當電壓降低到設定的范圍時，脫扣器的鎖鉤就會復位，從而使得斷路器能夠跳閘而斷開回路。

一般情況下，地鐵車站變電所負責的配電范圍往往較大，且具有較多的一級負荷，哪怕系統電壓只是發生瞬間的波動，都有可能致使脫扣器動作，從而發生大面積停電的現象，由于脫扣器脫口后需要通過手動來恢復現場，也會延長恢復供電的時間，從而嚴重影響地鐵的正常運行秩序。當前，欠壓線圈一般只存在于AC相見，不能全面地防止缺陷保護，因而，可以在變電所中設置一套PLC，將電動操作機構配置到進線斷路器中，以實現遠方分合閘，利用智能儀表來收集三相線電壓信號，并將其上傳到PLC裝置，比較實際的線電壓與預定的線電壓范圍，如果母線電壓的信號出現異常，利用延時來調節，延時按避免受到瞬間電壓波動的影響，則將分閘指令發送到相應的進線斷路器，并投入母聯備自投，從而實現母聯斷路器的合閘。

3.3 進線斷路器極數和智能儀表選型

當前，我國地鐵車站往往采用的是380/220V三相四線制低壓配電系統，整個車站設置一套綜合接地裝置，采用TN-S型式接地，接地電阻控制在1Ω內，且正常情況下處于絕緣狀態。雖然，當電氣設備的絕緣狀態被破壞，而導致其金屬外殼帶電時，應對其進行可靠接地操作，這樣即使中性線沒有隔離，也能保持裝置外導電部分與外露導電部分的電位水平Uf相同，由于沒有電位差，也能防止檢修人員與中性線接觸時受到電擊，但是，在同一個車站由兩路不同電源供電，為避免形成雜散電流通路對敏感信息技術設備產生的干擾，因而，進線斷路器和母聯斷路器常采用4P斷路器。

在地鐵車站的變電所中，當負荷容量較大時，應使所配置的智能儀表能采集電度量并可以上傳到相關計量管理系統，從而簡化對負荷的計量管理，并方便分析節能措施。

3.4 電流互感器選型

電流互感器的選擇主要指的是數目與二次測電流這兩個要素。電流互感器個數的選擇與負荷的種類有關，如果是三相平衡負荷，則配置一個電流互感器即可，但如果是三相不平衡負荷，則通常要求三相各配置一個電流互感器。當前我國地鐵的實際運行中存在嚴重的三相不平衡程序，因而一般配置三個電流互感器。

當負載存在較大的阻抗時，在容量相同的條件下，對于電流互感器允許接的二次阻抗而言，二次額定電流是1A的大于5A的電流互感器，且測量準確度更高。通常，可以通過直接測量法和電流矢量法實現進線斷路器的接地故障保護。利用直接測量法來操作時，需在進線斷路器上設4個電流互感器，當前，我國地鐵車站在進線處一般配置4個電流互感器。

4 結束語

在選擇地鐵車站變電所電氣元器件時，應綜合各項因素，選擇技術上可行、經濟上合理的最優電氣元器件選型，從而保障我國地鐵運行的安全性和可靠性。

參考文獻

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