探究地鐵中壓交流供電系統中母聯備自投的應用

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，私家車的數量也不斷增多，城市交通問題原來越嚴峻，交通堵塞現象時有發生，嚴重影響居民出行，這已成為社會各界人士關注的熱點話題。因此，地鐵的出現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中母備自投啟動方式，闡述了母聯備自投裝置的投入原理、工作原理、優點和優化方案。

關鍵詞：地鐵；中壓交流；供電系統；母聯備自投

1 引言

地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，保證其用電負荷持續供電是電力部門的首要任務。地鐵供電一旦出現問題，將會造成地鐵運輸癱瘓。通常城市軌道交通交流電網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出現故障時，能自動將用戶切換到備用電源上去，實現持續供電。它對提高多電源供電負荷的供電可靠性、安全性，保證供電連續性具有重要意義，對于促進地鐵行業發展起著極為關鍵作用。

2 地鐵供電系統概述

供電系統是利用各種系統原理和工作方案構成的一種綜合性管理模式，包括外部電源、主變電所和監控系統等設備構成。地鐵供電系統針對列車工作中存在的問題利用電源系統進行綜合控制和管理，科學高效地保證地鐵運行的安全、穩定和可靠，大大提高地鐵的經濟性和節能性。

3 備自投條件

3.1 備用電源應滿足電壓條件

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，加重事故或設備損壞程度，要確認進線斷路器斷開后，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過延時，并且延時時間應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 中壓交流供電系統母聯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。整個供電系統分成很多區域，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，每個變電所母聯開關都處于斷開狀態。一個供電區間供電系統結構圖如圖1所示。

4.2 電源所（直接與主變電所相連的所）備自投

包括母聯備自投和進線備自投。電纜側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，然后經過延時跳進線斷路器，當進線分閘位置返回后母聯斷路器延時2000ms備自投合閘。

4.5 環網所（不直接與主變電所相連的所）備自投

也包括母聯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過延時后，根據運行備自投邏輯合閘以恢復非故障區域供電。

5 地鐵中壓供電系統母聯備自投的方式比較

5.1 進線線路差動保護動作啟動備自投

環網進線保護裝置啟動備自投邏輯如圖1所示，B、C變電所區間電纜出現接地時，線路差動保護裝置中有不平衡電流通過，當這種不平衡電流值增加到設計整定值，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所母聯保護裝置，C所母聯依據圖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、不受站內時間配合的影響、縮小停電范圍等優勢，但同時也有發生動作的幾率小的缺點，因為它只在區間電纜發生故障時才動作。

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，立即向本所母聯發出啟動備自投信號，經母聯確認正常后，發出合閘命令信號，母聯斷路器就會重新對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時間配合，供電級數太多會影響自投動作時間，且當兩段進線相繼失壓時需要手動恢復供電。因此這種自投方式已經很少用于現代地鐵供電系統中。

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Ⅰ段母線發生故障時，即若A所Ⅰ段進線失壓，進線保護裝置依據備自投邏輯判斷是否滿足失壓條件，確認滿足后發出啟動備自投信號，母線立即發出跳進線命令，確認當母聯確認進線分位信號后，母聯自投斷路器合閘，此時便恢復供電。

這種備自投方式仍需要站內時間的配合，當供電級數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，便能夠避免當遙控分閘、手動分閘進線、過流保護跳閘時引起失壓而導致備自投啟動。因此這種自投方式在北京上海等地鐵供電系統中得到廣泛應用，具有廣闊的市場前景。

6 備自投體系方案優化

在地鐵中壓交流供電系統中母聯備自投的實際運行中，仍會遇到種種問題，導致地鐵供電系統出現故障。為此，我們必須從事故中總結歸納，不斷優化改進備自投系統。因此我們從管理和技術兩方面探討備自投方案的優化。

6.1 管理方面

在供電網絡結構管理的先進合理性方面，國內沒有十分成功的經驗，仍與國外發達國家有一定差距。在供電配網規劃和建設中沒有充分重視可靠性評估方法，對可靠性管理工作的認識不足，沒有完全建立起檢修施工整體規劃建設意識?；诠╇娤到y網絡結構和各類設備故障導致的停電對可靠性產生的影響，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可靠性管理網絡，加強對可靠性工作管理和管理人員的技術培訓，增強可靠性管理意識，提升供電系統管理人員職業素養。其次，要加強對地鐵電力設施的保護，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 技術方面

上述闡述的三種備自投方案都有各自優缺點，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。當區間線路發生故障時，差動動作跳開電纜兩端斷路器，并立即開啟母聯備自投，快速恢復供電。通過備自投合閘恢復供電，可以較好的相互彌補這兩種方式的缺點，充分發揮出兩者的優點。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 結束語

經過以上討論分析，結合國內地鐵對備自投的應用，我們應不斷優化完善備自投啟動條件，充分保證地鐵各級供電負荷。在具體項目實施過程中，必須結合電源所和環網所備自投，才能盡可能減小供電系統發生故障造成的影響，才能確保地鐵運營過程中各保護動作可靠發生。

參考文獻：

[1]夏昌華.地鐵供電33KV系統母聯備自投的原理與方案優化[J].城市建設理論研究.2012（14）：65～66

[2]楊森林.母聯備自投在地鐵中壓交流供電系統中的應用[J].技術裝備.2011（5）：58～60

[3]王英楠.提高城市中壓電系統供電可靠性的研究[J].科技信息.2013（76）：22

作者簡介：

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