地鐵變電系統(tǒng)的構(gòu)成和保護(hù)裝置的選用

摘 要：隨著各地城市化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)很多城市出現(xiàn)了交通壓力不斷提升的情況，各地大力開(kāi)展軌道交通建設(shè)與這一現(xiàn)狀存在較為緊密的聯(lián)系，基于此，本文就地鐵變電系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置的選用進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望論述內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：地鐵；變電系統(tǒng)；保護(hù)裝置

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0084-02

1 前 言

作為一種新型的交通工具，地鐵在我國(guó)各地的發(fā)展極為迅速，其已經(jīng)成為我國(guó)很多很多城市不可替代的交通工具，而為了保證地鐵的高效、快速、安全運(yùn)行，正是本文圍繞地鐵變電系統(tǒng)的構(gòu)成和保護(hù)裝置選用開(kāi)展具體研究的原因所在。

2 地鐵變電系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵變電系統(tǒng)主要由六部分組成，即外部電源、主變電所、牽引變電所、動(dòng)力照明系統(tǒng)、雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 外部電源

外部電源通過(guò)外部城市電網(wǎng)連接，負(fù)責(zé)地鐵主變電所的供電，存在三種分散式、集中式、混合式三種供電形式，不同的供電形式往往會(huì)獲得不同的效果，具體內(nèi)容如下所示：①分散式供電形式。該供電形式可有效節(jié)約主變電所使用成本。②集中式供電形式。施工簡(jiǎn)單，更利用主變電所開(kāi)展管理。③混合式供電形式。一部分采用分散式連接、一部分采用集中式連接，適用于特殊情況。結(jié)合相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，集中式供電形式在我國(guó)的應(yīng)用最為廣泛，這是因?yàn)槠淠軌蜉^好滿足現(xiàn)行地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求[1]。

2.2 主變電所

多采用集中式供電方式，主要負(fù)責(zé)將110kV交流高壓電源降壓為10kV或35kV中壓電源，由此即可在通過(guò)10kV、35kV開(kāi)關(guān)柜饋線將外部電源輸送到正線變電所，列車的牽引動(dòng)力、車站運(yùn)行電源均將得到滿足。值得注意的是，一般情況下主變電所存在兩路進(jìn)線電源且引于不同變電站，可更好保證地鐵運(yùn)行的穩(wěn)定。

2.3 牽引變電所

牽引變電所主要負(fù)責(zé)滿足列車牽引動(dòng)力需求，一般會(huì)按照相關(guān)容量設(shè)置并列運(yùn)行兩組牽引整流機(jī)組，主要負(fù)責(zé)將交流重壓通過(guò)降壓變?yōu)?50V或1500V電壓。值得注意的是，牽引變電所存在單邊供電系統(tǒng)和雙邊供電系統(tǒng)兩種供電方式。

2.4 動(dòng)力照明系統(tǒng)

為滿足地鐵運(yùn)行需要，地鐵外照明、動(dòng)力設(shè)備的電力需求也需要得到重視，一般使用10kV或35kV交流電通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)化為220V或380V交流電，由此即可滿足地鐵電扶梯、屏蔽門、環(huán)控設(shè)備、AFC系統(tǒng)、應(yīng)急照明、消防系統(tǒng)等構(gòu)成的電力需求。

2.5 雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)

系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)減少因直流牽引供電引起的雜散電流，同時(shí)避免其外擴(kuò)散對(duì)城市軌道交通主體結(jié)構(gòu)、附近結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線造成的電腐蝕。

2.6 電力監(jiān)控系統(tǒng)

負(fù)責(zé)全線各類變電所、接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視、測(cè)量、控制，地鐵變電系統(tǒng)的各類報(bào)警事件、事故的處理也由電力監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)。電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行需要得到遙控、遙信、搖測(cè)、遙調(diào)等方式的支持，以此實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理、調(diào)度相關(guān)信息，即可實(shí)現(xiàn)變電所無(wú)人值守運(yùn)作，地鐵變電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定也將由此得到保障[2]。

3 地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置的選用

3.1 選用原則

為保證保護(hù)裝置較好維護(hù)地鐵變電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行，裝置必須具備快速準(zhǔn)確檢測(cè)故障、及時(shí)排除故障的能力，同時(shí)還需要避免故障帶來(lái)的電氣參數(shù)變化導(dǎo)致機(jī)車運(yùn)行時(shí)的誤跳閘，因此地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置的選用需要遵循可靠性、靈敏性、選擇性、速動(dòng)性共四方面原則，具體內(nèi)容如下所示：①可靠性原則。為保證保護(hù)裝置在地鐵正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作、故障發(fā)生時(shí)迅速動(dòng)作，地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置必須具備可靠性原則。②靈敏性原則。結(jié)合地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置規(guī)程規(guī)定，確保保護(hù)裝置具備足夠的靈敏系數(shù)，由此方可保證故障發(fā)生后第一時(shí)間確定故障、排除故障。為保證保護(hù)系統(tǒng)能夠及時(shí)在故障發(fā)生時(shí)做出反應(yīng)，繼電保護(hù)整定值的支持不應(yīng)被忽視。③選擇性。地鐵變電系統(tǒng)故障排除需一級(jí)級(jí)進(jìn)行，故障排除順序可以簡(jiǎn)單描述為：“故障線路或故障設(shè)備的保護(hù)功能切除故障→無(wú)法切除故障→相鄰設(shè)備線路斷路器或保護(hù)動(dòng)作”，通過(guò)落實(shí)故障排除的逐級(jí)配合，保護(hù)裝置方可更好保證地鐵變電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。④速動(dòng)性。為保證地鐵變電系統(tǒng)的故障能夠在最短時(shí)間切除，速動(dòng)性原則不應(yīng)被忽視，故障波及范圍、線路與設(shè)備損壞程度均直接受其影響[3]。

3.2 選用建議

在為地鐵變電系統(tǒng)選擇保護(hù)裝置的過(guò)程中，可靠性、靈敏性、選擇性、速動(dòng)性原則必須得到體現(xiàn)，同時(shí)相關(guān)人員還必須熟知保護(hù)裝置的工作原理，了解保護(hù)裝置的取樣單元、邏輯部分、執(zhí)行部分等組成，地鐵實(shí)際也需要在這一過(guò)程中作為重要參考。在筆者的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，ABB、常州太平洋電力設(shè)備生產(chǎn)的保護(hù)裝置在我國(guó)地鐵線路的應(yīng)用極為廣泛，其中世界500強(qiáng)企業(yè)ABB較為重視每一個(gè)地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置項(xiàng)目，通過(guò)派前端銷售人員及時(shí)對(duì)項(xiàng)目初期進(jìn)行跟蹤、技術(shù)收集客戶意見(jiàn)和保護(hù)裝置使用的實(shí)際信息，使得ABB能夠快速滿足客戶所提出的意見(jiàn)，保護(hù)裝置的穩(wěn)定性往往也能夠得到更好保障。

早在2001年，ABB便已經(jīng)成為上海地鐵保護(hù)裝置設(shè)備供應(yīng)商，數(shù)十年的穩(wěn)定運(yùn)行早已證明ABB地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置的優(yōu)異質(zhì)量，ABB110kVGIS柜地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置便屬于其中代表。ABB110kVGIS柜具備占地面積小、現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間短、設(shè)計(jì)緊湊、在工廠已完成試驗(yàn)等優(yōu)勢(shì)，這使得其不僅能夠較好滿足地鐵變電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行需要，更能夠較好節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)施工周期。此外，ABB110kVGIS柜還具備維護(hù)周期長(zhǎng)、運(yùn)行可靠?jī)?yōu)勢(shì)，這使得其能夠大幅降低運(yùn)行費(fèi)用，而由于其采用了全球領(lǐng)先的制造技術(shù)與精確計(jì)算程序，設(shè)備還具備低損耗、低溫升、低噪音、高絕緣水平等優(yōu)勢(shì)，這也是近年來(lái)ABB110kVGIS柜保護(hù)裝置在我國(guó)地鐵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較為廣泛應(yīng)用的原因所在，圖1為ABB110kVGIS柜實(shí)物圖。

除ABB110kVGIS柜外，ABB35kVGIS柜同樣在我國(guó)地鐵領(lǐng)域存在較為廣泛應(yīng)用，該設(shè)備因高壓部件采用了完全密封技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各功能隔室的完全獨(dú)立，ABB35kVGIS柜因此具備可靠、靈活、使用壽命長(zhǎng)、安全最大化、維護(hù)工作量小等特點(diǎn)。同時(shí)，ABB35kVGIS柜實(shí)現(xiàn)的整柜運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、采用插拔式電纜頭連接大大減輕了現(xiàn)場(chǎng)施工難度和工作量，設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行自然能夠得到較好保障。

為更好滿足地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)需要，地鐵配電網(wǎng)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的配置也需要得到關(guān)注，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，本文建議選用美國(guó)GE公司的UR系列繼電器和D25多功能保護(hù)裝置，這類裝置可較好滿足性能可靠、功能完善的地鐵配電網(wǎng)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需要。GE公司生產(chǎn)的數(shù)字上保護(hù)和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)較為廣泛的應(yīng)用，而本文推薦的搭配則能夠最大化發(fā)揮UR通用模塊系統(tǒng)保護(hù)裝置的性能，以此建設(shè)的光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)將滿足地鐵變電系統(tǒng)的全方位保護(hù)需求。

4 結(jié) 論

綜上所述，地鐵變電系統(tǒng)及保護(hù)裝置直接關(guān)系著地鐵安全、穩(wěn)定運(yùn)行。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的地鐵變電系統(tǒng)保護(hù)裝置選用原則與選用建議，則證明了研究的實(shí)踐價(jià)值。因此，在相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-4-14

作者簡(jiǎn)介：王思寒（1996-），女，大專，主要從事地鐵變電檢修工作。

周栩鵬（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事接觸網(wǎng)維修工作。

陳 東（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事變電檢修工作。