廣州地鐵110 kV主變電所供電可靠性研究

周大林，龐開陽

廣州地鐵110 kV主變電所供電可靠性研究

周大林，龐開陽

介紹了廣州地鐵110 kV主變電所的運行狀況，以及主變電所所級分類及外電源接入要求。以外網電壓波動對地鐵運行造成的影響為切入點，分析主所運行由于設備檢修、試驗、設備異常等原因引發的風險。在充分考慮各種因素的情況下，從設計、建設角度出發，與供電局電網改造規劃進行協調，同時針對設備日常檢修、線網改造規劃，風險管理、風險評估，應急機制的建立等方面提出了應對措施。

110 kV系統；主變電所；可靠性

0 引言

廣州地鐵目前開通運營9條線路，共計260.5 km，164座車所，線網共有廣和、金山、大坦沙等14座主變電所（下文簡稱主所）運行。隨著既有線設備運行時間的增長以及將來各條新線開通，地鐵主所線網模式運作后，如何保障既有線路安全運行以及新線外部110 kV供電系統接入質量是目前面臨的重大課題。

1 廣州地鐵110 kV主變電所總體概況

1.1 已投產主變電所供電線路性質及容量統計

廣州供電局對地鐵110 kV供電線路分為專用線路、T接臨時線路和T接永久線路。各主變電所接線方式如下：坑口主變電所為2回110 kV 專用線路（芳坑甲線、芳坑乙線）；瑤臺主變電所為2回110 kV T接線路（嘉瑤線、嘉集線瑤臺支線）；金山主變電所為1回110 kV 專用線路（城金線）；燕嶺主變電所為1回110 kV T接線路（麒五嶺線，同時T接至五山主所），1回110 kV專用線路（麒嶺線）；大坦沙主變電所為1回110 kV專用線路（泮大線），1回110 kV T接線路（涌泮線大坦沙支線）。

1.2 地鐵線網已運營主變電所正常運行方式

運行方式一：110 kV母聯開關100、33 kV母聯開關300（300 A、300B）斷開熱備用，2臺主變壓器（下文簡稱主變）分裂運行。這樣運行的主所有廣和、河南等，如圖1所示。

運行方式二：110 kV側沒有母聯開關，33 kV母聯開關300斷開熱備用，2臺主變分裂運行。這樣運行的主所有興業、魚珠等，如圖2所示。

運行方式三：110 kV母聯開關100在合位，2#主變空載運行，2#主變低壓側開關302、33 kV母聯開關300斷開熱備用。這樣運行的主所有金山、慶盛等（圖同運行方式一）。

2 系統運行風險分析

2.1 基于問題的風險分析

目前廣州地鐵除了1個變電所接入佛山市電網運行（海五路）外，其他13個變電所均接入廣州市電網運行，主要分布在廣州電網的中部、南部和北部。電網風險評估主要分為基準風險（正常方式下較長時間內存在的風險）和基于問題的風險（設備檢修、試驗、設備異常等原因引發的一段時間內存在的風險）。重點是基于問題的風險，主要有：

（1）雙回供電的變電所線路檢修時，存在僅單回線路供電的風險。

（2）220 kV變電所220 kV或110 kV母線檢修時，存在運行母線故障全所失壓的風險（河南所、興業所等）。

（3）220 kV變電所主變檢修時，存在運行主變故障全所失壓的風險。

（4）220 kV線路檢修時，存在運行線路故障全所失壓的風險。

（5）運行方式改變時，存在供電可靠性降低的風險。

圖1 廣和主所主接線示意圖

圖2 興業主所主接線示意圖

2.2 電網電壓波動對地鐵運營造成的風險

地鐵內部設備會因為外網電壓波動造成動力設備斷電、引起服務質量下降等后果：

（1）電扶梯突然跳停，需人工檢查復位，易造成人員傷害。

（2）車站照明閃爍或熄滅，部分需人工復位，舒適度降低。

（3）冷水機組退出運行，影響車所溫度，舒適度降低。

（4）供電設備及其他設備供電質量下降，影響其他設備運行狀態及壽命。

（5）自動售檢票閘機扇門常開，影響客運服務。

（6）信號設備無法工作，影響行車組織。

例如： 2011年8月15日，由于部分主所兩路電源波動，導致二號線北延段6個車所全所失壓，扶梯跳停，事故照明投入，冷水機組停機，車站閘機扇門常開，部分區段信號受到影響采取小交路運行。

3 建立線網主所故障應急管理機制

根據地鐵線網運行方式特點，按照單臺主變或單路進線電源故障、單個主所全所停電、多個主所故障分類建立應急處理運行方案。同時對于電網波動、故障等信息，要求電調及時將準確影響所點通報值班主任。各單位必須建立和完善相應的應急預案，定期演練，提升各檢修、運營服務人員的應急處理水平。

3.1 單臺主變或單路進線電源故障的應急處理

以坑口主所芳坑甲線或1#主變故障為例，應急運行方案為退出芳坑甲線及1#主變運行，合上公園前33 kV聯絡開關越區供電。

3.2 單個主所全所停電的應急處理

以坑口主所設備故障，全所退出為例，應急運行方案為退出坑口主所運行，合上公園前33 kV聯絡開關越區供電。

3.3 多個主所故障的應急處理

以瑤臺、榕景主所故障退出運行為例，應急運行方案為退出瑤臺、榕景主所運行，改由望崗、河南主所共同向二號線、八號線供電。

4 主變電所等級分類及接入外網要求

4.1 主變電所重要等級分類

對主變電所重要等級分類以供電線路的數量為主要原則。

一級主變電所：向3條及以上供電線路及其他重點線路供電的主變電所劃分為一級主變電所。

二級主變電所：向2條及以上供電線路及其他重點線路供電的主變電所劃分為二級主變電所。

三級主變電所：除一級、二級以外的主變電所劃分為三級主變電所。

4.2 主變電所外部電源接入方案

按照《地鐵設計規范》相關規定，供電系統中的各種變電所均應有2個電源，這2個電源可以來自不同變電所，也可來自同一變電所的不同母線。主變電所進線電源應至少有一個為專線電源。

結合主變電所重要等級分類，主變電所外部進線電源在滿足規范要求的前提下，對于不同重要等級主變電所，外部電源應至少滿足以下要求：

一級主變電所，兩回外部進線電源應來自不同片網220 kV變電所；

二級主變電所，兩回進線電源均為獨立專線，不允許T接線路；

三級主變電所，兩回進線電源中至少一回為專線線路，不允許兩回進線均為T接線路。

根據分類原則，屬于一級主變電所有河南主所；二級主變電所有瑤臺、慶盛主所；三級主變電所有廣和、坑口、五山主所。不符合外電源接入要求的有瑤臺、五山、魚珠、燕嶺、望崗主所。線網支援供電模式圖略。

5 應對措施

分析廣州地鐵運營線路110 kV供電系統總體情況，28回110 kV進線中有10回是T接線路，占總量35.71%，其中還有2回進線未投運，占總量的7.14%，因此整個廣州地鐵運營線路的110 kV供電系統風險較高。

5.1 從系統源頭提高110 kV供電可靠性措施

從系統源頭提高110 kV供電可靠性，其重點在于完善電網結構，110 kV電源接入方案的調整，以及投運線主所的改造，解決單電源、多所同電源、鏈式供電，提高地鐵變電所的供電可靠性。

地鐵設計、建設、運營三方共同與供電局設計單位、市場營銷、系統運行等部門建立互聯互通機制，將運營T接臨時線路、T接永久線路按風險等級分類，納入供電局大電網改造的規劃中，預留地鐵專用供電間隔，逐步將其改造為永久專用線路，切實降低同塔雙回線路、主變重過載，錯峰或運行方式調整困難、事故限電等風險。在建線路和新線設計時若有T接線路也爭取能變更為專用永久線路，表1和表2分別為運營T接線路改造需求及運營未投運線路情況統計。

表1 運營T接線路改造需求表

表2 運營未投運線路情況統計表

目前，部分運營主變電所均為2回T接，尚未達到不同重要等級主變電所分類后的外部電源要求；同時有2回未投運線路，眼前最為急迫的是瑤臺、望崗主所的改造需求，因其均屬廣州供電局北部片網，較薄弱，且外部故障時網壓波動情況突出。

運營總部已將改造需求和未投運所的情況提交外部電源設計單位及供電部門協調落實，對接入方案進行調整，加快未投運線路的建設，滿足不同重要等級主變電所的供電可靠性要求。

5.2 加強電網供電可靠性監控

（1）電纜、架空線的巡視。根據廣州地鐵《供電設備維修規程GDY/QW-JG-GD-01》等規程，除了加強地保工作監督力度，還要求設備部門做好110 kV電纜、架空線的日常巡視，防止外部原因含人為及自然環境因素破壞。例如天氣惡劣等情況使架空線遭遇異物引起相間短路等，降低地鐵110 kV進線電源失壓風險。

（2）地鐵加強檢修、綜合停電管理，制定年、月度停電計劃。根據廣州地鐵《供電設備維修規程GDY/QW-JG-GD-01》的巡視檢修周期及標準，加強檢修，優化110 kV供電設備（電纜、GIS、主變等）的檢修試驗項目、巡視檢修周期，做到110 kV線路停電檢修計劃與供電局的檢修計劃配合，減少停電次數，提高供電可靠性。

5.3 關鍵設備的預防性試驗及在線檢測

依據國家、行業所頒布的有關法律法規和規程規定對110 kV供電系統設備（如110 kV電纜、110 kV GIS、110 kV/33 kV主變壓器等關鍵設備）進行預防性試驗及在線檢測，發現設備隱患，及時處理。

5.4 加強保護整定值和變電設備自投功能維護

在線網運作模式下，除1#線外各線路主所都是支援供電，系統運行方式多樣，特別是在供電局線路停電檢修、地鐵主所停電檢修、外部或內部故障時，系統的保護匹配、備自投功能非常重要，需防止故障情況的配合不當，擴大影響范圍。

（1）加強110 kV高壓輸配電保護配置、33 kV中壓輸配電保護配置與400 V低壓配電的保護配置的維護管理。

（2）對于各電壓等級變電設備自投功能的設置，時間配合等日常功能驗證試驗，以防出現上下級不匹配的情況。

5.5 保護接口設計

設計單位做好110 kV供電系統接口保護整定設計，合理設置供電分區、保護計算配置。在廣州地鐵110 kV供電系統中，考慮動作時限的配合，主變電所內110 kV進線保護、110 kV橋開關保護、主所變壓器保護與對應供電局220 kV變電所的保護配置計算需統籌考慮。

5.6 應急管理

完善故障應急管理機制，從應急預案、應急演練、風險評估、人員培訓、應急物資配套等全面考慮，加強保障力度。

6 結語

綜上所述，為保障既有線路安全運行以及新線外部110 kV供電系統接入質量，應從設計、建設、運營角度系統分析，與供電局電網改造規劃協調，從系統源頭提高110 kV供電可靠性，其重點在于完善電網結構，解決單電源、多所同電源、鏈式供電。同時加強設備日常檢修、線網改造規劃，風險評估、應急管理能力建設，以全面提升和保障廣州地鐵110 kV供電系統的可靠性。

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[4] 廣州市地下鐵道總公司.廣州軌道交通六號線大坦沙主變電所110 kV GIS設備招標[G].廣州，2011.

[5] 劉振亞. 110 kV輸電線路分冊/國家電網公司輸變電工程典型設計[M].北京：中國電力出版社，2010.

It introduces Guangzhou Metro 110 kV main substation, and the main substation level classification and external power connection requirements. Influence of the net voltage fluctuation caused by the subway operation as the breakthrough point, analysis of main operation risk due to equipment maintenance, testing equipment ,the abnormal and other reasons. In consideration of various factors, starting from the design, construction, in coordination with the planning of Power Supply Bureau, at the same time inputs forward corresponding measures such as equipment maintenance, network planning, risk management, risk assessment, and emergency mechanism establishment.

110 kV system; main substation; reliability

U224.2

B

1007-936X(2014)04-0035-04

2014-03-05

周大林.廣州市地下鐵道總公司運營總部，工程師，電話：020-83106069；

龐開陽.廣州市地下鐵道總公司運營總部，高級工程師。