探究地鐵中壓交流供電系統中母聯備自投的應用

徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶市 渝北區401121）

探究地鐵中壓交流供電系統中母聯備自投的應用

徐韜，李欣（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶市 渝北區401121）

時代在進步，我們對工程的衡量標準也在不停地進步，地鐵雖然經歷了一個多世紀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外的發展現狀開始，對地鐵中壓交流供電系統中母聯備自投進行了分析。希望能給同行一些建議。

地鐵；中壓交流；供電系統

1 引言

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

2 國外地鐵的發展狀況與國內地鐵發展現狀

2.1 國外地鐵的發展狀況

人類從開始創始地鐵開始已經有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。經過上百年的發展，倫敦目前已擁有總長408km的地鐵網，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絡格局。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 國內地鐵發展現狀

現在重慶軌道已經建成4條線路，運營里程超過200km的軌道交通網絡。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，沿線車站周邊將集聚都市區60%的人口，步行10min即可到達車站。

3 地鐵交流供電系統的任務和組成

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

4 地鐵中壓供電系統運行方式

國內城市軌道交通的供電系統通常采用2級電壓供電方式，即110（66）kV/35（10）kV。整個供電系統分成若干個供電區間。供電區間內的各車站變電所采用雙環網供電方式，各車站內的變電所均采用單母分段的供電結構。圖1所示為一個供電區間供電系統結構。

圖1 典型地鐵中壓交流供電系統圖

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，各個變電所母聯開關均處于斷開狀態。

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，母線分段開關合閘，由Ⅱ段母線進線電源承擔本變電所范圍內全部負荷。

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，母線分段開關被閉鎖不合閘，由另一個進線電源承擔本變電所范圍內的全部1、2級負荷，此時由低壓側400V供電系統備自投實現所內不間斷供電。變電所2段中壓母線退出時，該變電所完全退出運行。

5 地鐵中壓供電系統母聯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：

母聯保護裝置備自投合閘邏輯見圖2。優點：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，供電級數過多對自投動作時間有影響。母聯備自投時，各相關變電所斷路器動作分析（以Ⅰ段母線處于故障狀態為例）：A所Ⅰ段進線失壓后，進線微機保護裝置根據啟動備自投邏輯判斷，滿足條件后，向本所母聯發出啟動備自投信號，母聯發出跳進線命令，確認進線跳開（母聯收到進線分位信號）后，發母聯自投合閘命令，此時母聯斷路器合閘，Ⅰ段母線恢復供電。此種備自投方式已廣泛運用于上海等地鐵供電系統。

圖2 母聯備自投合閘邏輯

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進線失壓跳閘后，進線在分位時才啟動備自投。母聯備自投時（圖2），各相關變電所斷路器動作分析 （以Ⅰ段母線處于故障狀態為例）：A所Ⅰ段進線失壓后，進線微機保護裝置根據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，向本所母聯發啟動備自投信號；母聯確認Ⅱ段母線正常，發母聯備自投合閘命令，此時母聯斷路器合閘，恢復對Ⅰ段母線供電。缺點：站間需時間配合，供電級數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

當區間線路環網電纜出現故障導致差動保護動作時，作為下一個變電站電源的進線應該啟動備自投，母聯保護裝置在接收到進線的啟動備自投信號后，根據運行備自投邏輯，條件滿足時閉合母聯斷路器。母聯備自投時（圖2），各相關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為例）：B、C區間電纜出現接地環網進線啟動備自投邏輯時，線路差動保護裝置會出現不平衡電流，而一旦泄漏電流達到設計整定值，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所進線發啟動備自投信號至C所母聯保護裝置，C所母聯依據圖3備自投邏輯合閘，盡可能縮小停電范圍，保證供電系統穩定性。優點：備自投動作時間快，不受站間時間配合影響。

5.4 被上級站聯跳啟動備自投

上級站母線出現問題時，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。母聯保護裝置在接收到進線的啟動備自投信號后，閉合母聯斷路器。母聯備自投時（圖3），各相關變電所斷路器動作分析（以B所Ⅰ段母線處于故障狀態為例）：B所母線故障時，B所Ⅰ段母線進線動作，切斷故障電源。從系統圖1上可以看出，故障點越靠近主變電所，停電區間越長，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站進線發啟動備自投信號至C站母聯，C站母聯完成備自投邏輯運行，滿足邏輯圖3時母聯微機保護裝置發合閘信號，至此完成整個備自投過程。優點：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用。

6 更合理、可靠、安全母聯備自投方案的探討

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。當區間線路故障時，由差動動作跳開電纜兩側斷路器，并啟動母聯備自投，實現快速恢復供電。當因上級站故障而失電時，本站可以通過備自投合閘來恢復供電，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備自投優點的基礎上，并根據系統自身特點，就采用了這種備自投方案，該方案在沈陽地鐵應用至今，效果良好。

7 結束語

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。采用更新的技術和方案以實現更低成本、更安全環保、更高效率的供電系統是地鐵發展的必然趨勢，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外的發展現狀開始，針對中壓供電系統實際工程建設，對本工程中地鐵中壓交流供電系統中母聯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展以及人們生活質量的提高做出更巨大貢獻。

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

[2]宋大治.地鐵35kV供電網絡安全聯鎖設置.城市軌道交通，2009，6.

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