淺談地鐵低壓配電自投自復(fù)功能的設(shè)置

張洪陵

0 引言

地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵運(yùn)營所需電能供應(yīng)與傳輸?shù)娜蝿?wù)，其中低壓配電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)向地鐵車站及線路中所有機(jī)電設(shè)備、照明設(shè)備進(jìn)行供電。供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，低壓配電設(shè)備恢復(fù)向用電設(shè)備供電的速度直接影響地鐵運(yùn)營的效率。

地鐵車站低壓配電系統(tǒng)一般采用單母線分段的形式，有2 路進(jìn)線電源，接在2 臺(tái)動(dòng)力變壓器下端。

在發(fā)生故障時(shí)和故障排除后，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)斷路器的自動(dòng)投入、自動(dòng)切除，母聯(lián)開關(guān)柜設(shè)置備自投投入/撤除切換開關(guān)，同時(shí)在PLC 中編制了一系列備自投邏輯。本文著重研究備自投投入/撤除切換開關(guān)置于投入位置時(shí)，PLC 備自投啟動(dòng)狀態(tài)下的斷路器自投自復(fù)動(dòng)作情況，對(duì)于與自投自復(fù)無直接關(guān)聯(lián)的控制邏輯，以及PLC 內(nèi)部的相關(guān)延時(shí)設(shè)定不在本文進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 南京地鐵一號(hào)線方案

南京地鐵的低壓配電供電運(yùn)行方式要求如下：

（1）正常運(yùn)行時(shí)，2 臺(tái)動(dòng)力變壓器分列運(yùn)行，向整個(gè)車站及兩端相鄰半個(gè)區(qū)間的一、二、三級(jí)低壓負(fù)荷供電，母聯(lián)斷路器常開。

（2）當(dāng)1 臺(tái)動(dòng)力變壓器因故障退出運(yùn)行時(shí)，切除本所三級(jí)負(fù)荷，母聯(lián)斷路器自動(dòng)投入，由另1臺(tái)動(dòng)力變壓器負(fù)擔(dān)全所供電范圍內(nèi)的一、二級(jí)低壓負(fù)荷。

（3）故障排除后，則將合閘的母聯(lián)斷路器分?jǐn)嚅_，合上此前分?jǐn)嗔说倪M(jìn)線斷路器和三級(jí)負(fù)荷總斷路器，繼續(xù)由2 臺(tái)動(dòng)力變壓器正常供電。

低壓配電系統(tǒng)正常工作時(shí)，進(jìn)線斷路器401、402 合閘，分別向兩段母線供電，三級(jí)負(fù)荷總斷路器411、412 合閘，母聯(lián)斷路器400 分閘，見圖1。

圖1 低壓配電系統(tǒng)正常工作狀態(tài)示意圖

1.1 1#進(jìn)線失電自投

當(dāng)進(jìn)線斷路器401 上端發(fā)生故障（1#動(dòng)力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障），致使35 kV 側(cè)斷路器跳閘，1#進(jìn)線失電，在接到35 kV 側(cè)斷路器發(fā)出的聯(lián)跳信號(hào)（電氣聯(lián)鎖）或進(jìn)線斷路器401 檢測到進(jìn)線無壓時(shí)，進(jìn)線斷路器401 跳閘，PLC 自檢1#進(jìn)線失壓，2#進(jìn)線有壓，兩段三級(jí)負(fù)荷總斷路器411、412 跳閘，延時(shí)自投母聯(lián)斷路器400。

1.2 1#進(jìn)線來電自復(fù)

當(dāng)進(jìn)線斷路器401 上端的故障解除（1#動(dòng)力變壓器內(nèi)部故障或線路故障解除），35 kV 側(cè)斷路器重新合閘，1#進(jìn)線電壓恢復(fù)，PLC 檢測到1#、2#進(jìn)線都有正常電壓，延時(shí)自動(dòng)跳母聯(lián)斷路器400，再自動(dòng)投入進(jìn)線斷路器401，然后自動(dòng)投入三級(jí)負(fù)荷總斷路器411、412，此時(shí)該系統(tǒng)恢復(fù)到如圖1所示的正常工作狀態(tài)。

1.3 自投的失效與被閉鎖

當(dāng)由于I 段母線故障引起進(jìn)線斷路器401 故障跳閘、或由于饋出線引起進(jìn)線斷路器401 越級(jí)故障跳閘，PLC 備自投不被啟動(dòng)，必須在檢測到開關(guān)故障排除，手動(dòng)復(fù)位后才可啟動(dòng)。手動(dòng)操作1#動(dòng)力變壓器35 kV 及0.4 kV 側(cè)斷路器分閘，PLC 備自投也不被啟動(dòng)。另外，母聯(lián)開關(guān)柜設(shè)置手動(dòng)復(fù)歸按鈕，自投裝置動(dòng)作一次后自動(dòng)閉鎖，需要手動(dòng)復(fù)歸或由遠(yuǎn)方上位機(jī)復(fù)歸后才能重新投入。

1.4 2#進(jìn)線失電自投和來電自復(fù)

當(dāng)進(jìn)線斷路器402 上端發(fā)生故障（2#動(dòng)力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障）時(shí)，與第1.1—1.3 節(jié)所述情況類似。母聯(lián)斷路器400 的自投和自切邏輯見圖2、圖3。

圖2 南京地鐵一號(hào)線母聯(lián)斷路器400 自投邏輯圖

進(jìn)線斷路器401 的失電自切和來電自復(fù)邏輯見圖4、圖5，當(dāng)適用于進(jìn)線斷路器402 時(shí)，邏輯中的1#改成2#，401 改成402，411 與412 互換。

圖3 南京地鐵一號(hào)線母聯(lián)斷路器400 自切邏輯圖

圖4 南京地鐵一號(hào)線進(jìn)線斷路器401 失電自切邏輯圖

圖5 南京地鐵一號(hào)線進(jìn)線斷路器401 來電自復(fù)邏輯圖

2 運(yùn)營反饋及原因分析

2.1 運(yùn)營反饋

以上自動(dòng)裝置的設(shè)置方式可以滿足系統(tǒng)安全運(yùn)營的需求，但現(xiàn)場使用后，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：

（1）自投裝置動(dòng)作一次后自動(dòng)閉鎖。在母聯(lián)斷路器完成一次自投動(dòng)作后，必須手動(dòng)或由遠(yuǎn)方上位機(jī)對(duì)PLC 進(jìn)行復(fù)歸，以保證下次出現(xiàn)進(jìn)線電源故障時(shí)，母聯(lián)斷路器自投正確。

（2）2 路進(jìn)線電源均發(fā)生故障，通常被認(rèn)定為雙重故障，城市軌道交通項(xiàng)目供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常不予考慮。但南京地鐵一號(hào)線投運(yùn)以后，模擬1座110 kV 主變電站解列的突發(fā)情況，使2 路進(jìn)線電源均失電的現(xiàn)象得以出現(xiàn)。當(dāng)2 路進(jìn)線電源先后出現(xiàn)故障，進(jìn)線斷路器均會(huì)由于檢測到進(jìn)線失壓而跳閘，母聯(lián)斷路器處于合閘狀態(tài)，系統(tǒng)如圖6 所示，此時(shí)若只有1 路進(jìn)線電源恢復(fù)正常，系統(tǒng)無法自動(dòng)恢復(fù)供電，必須手動(dòng)或遠(yuǎn)方操作分?jǐn)嗄嘎?lián)斷路器，方可逐步恢復(fù)系統(tǒng)供電。

圖6 2 路進(jìn)線失電狀態(tài)示意圖

2.2 原因分析

（1）自投裝置動(dòng)作一次后的自動(dòng)閉鎖功能，是為保證母聯(lián)斷路器不會(huì)重復(fù)合閘到故障母線上而設(shè)置的。從目前的自投邏輯來看，該設(shè)置與母聯(lián)斷路器自投的必要條件“母聯(lián)斷路器400 未故障跳閘”在效果上是重復(fù)，雖然更有效地增加了系統(tǒng)的安全性，但在系統(tǒng)未出現(xiàn)母線故障的情況下，該步驟明顯增加了運(yùn)營人員的工作量。

（2）進(jìn)線斷路器的失壓脫扣，在一定程度上可以使進(jìn)線斷路器在失電情況下更快速有效地分?jǐn)唷５牵F(xiàn)有設(shè)置無法判定系統(tǒng)的實(shí)際狀況，一旦進(jìn)線電源失電，斷路器都會(huì)進(jìn)行分?jǐn)唷Ｔ谟龅?路電源先后失電的情況后，即使有進(jìn)線電源恢復(fù)正常，由于檢測到母聯(lián)斷路器仍處于合閘狀態(tài)，2 臺(tái)進(jìn)線斷路器也均不會(huì)投入，同時(shí)，由于檢測到只有1 路進(jìn)線電源有電，母聯(lián)斷路器也不會(huì)自動(dòng)分?jǐn)啵萑牖ハ嚅]鎖的狀態(tài)，系統(tǒng)無法自愈。此時(shí)系統(tǒng)自投自復(fù)功能并不十分智能。

3 南京地鐵二號(hào)線解決方案

針對(duì)自投裝置被閉鎖的問題，由于目前系統(tǒng)所使用的設(shè)備均為國際知名品牌，其產(chǎn)品性能均有一定的保障，故可以考慮取消自投裝置動(dòng)作一次后的自動(dòng)閉鎖設(shè)置。

針對(duì)2 路進(jìn)線電源失電恢復(fù)后系統(tǒng)無法自愈的問題，可以將進(jìn)線斷路器的自動(dòng)跳閘條件調(diào)整成“本進(jìn)線電源失電且另一進(jìn)線電源正常”，同時(shí)將“母聯(lián)斷路器400 分閘”從進(jìn)線斷路器的自動(dòng)合閘條件中刪除，這樣，后失電進(jìn)線對(duì)應(yīng)的斷路器不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)線電源的失電而自動(dòng)分?jǐn)啵笫щ姷倪M(jìn)線先恢復(fù)正常，系統(tǒng)可以自動(dòng)恢復(fù)供電。若先恢復(fù)正常的是先失電的進(jìn)線，此時(shí)滿足后失電進(jìn)線對(duì)應(yīng)的斷路器自動(dòng)跳閘條件，2 臺(tái)進(jìn)線斷路器都成為分閘狀態(tài)，而進(jìn)線斷路器的自動(dòng)合閘不再受母聯(lián)斷路器400 合閘位置閉鎖的影響，不管哪路進(jìn)線恢復(fù)正常，系統(tǒng)都可以自動(dòng)恢復(fù)供電。

3.1 1#進(jìn)線失電自投

當(dāng)進(jìn)線斷路器401 上端發(fā)生故障（1#動(dòng)力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障），致使35 kV 側(cè)斷路器跳閘，1#進(jìn)線失電，在接到35 kV 側(cè)斷路器發(fā)出的聯(lián)跳信號(hào)（電氣聯(lián)鎖）或進(jìn)線斷路器401 檢測到1#進(jìn)線無壓且2#進(jìn)線有壓時(shí)，進(jìn)線斷路器401 跳閘，兩段三級(jí)負(fù)荷總斷路器411、412 跳閘，延時(shí)自投母聯(lián)斷路器400。

3.2 1#進(jìn)線來電自復(fù)

與一號(hào)線的設(shè)置相同，此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)到如圖1所示的正常工作狀態(tài)。

3.3 自投的失效與被閉鎖

當(dāng)由于I 段母線故障引起進(jìn)線斷路器401 故障跳閘、或由于饋出線引起進(jìn)線斷路器401 越級(jí)故障跳閘，PLC 備自投不被啟動(dòng)，必須在檢測到開關(guān)故障排除，手動(dòng)復(fù)位后才可啟動(dòng)。手動(dòng)操作1#動(dòng)力變壓器35 kV 及0.4 kV 側(cè)斷路器分閘，PLC 備自投也不被啟動(dòng)。

3.4 2#進(jìn)線失電自投和來電自復(fù)

當(dāng)進(jìn)線斷路器402 上端發(fā)生故障（2#動(dòng)力變壓器內(nèi)部故障或線路短路故障）時(shí)，與第3.1—3.3 節(jié)所述情況類似。

3.5 2 路進(jìn)線失電的自投自復(fù)

進(jìn)線斷路器401 上端失壓，經(jīng)延時(shí)自動(dòng)跳開進(jìn)線斷路器401 和2 臺(tái)三級(jí)負(fù)荷總斷路器411、412，同時(shí)判斷另一進(jìn)線斷路器402 上端有壓且進(jìn)線斷路器402 處于合位，則啟動(dòng)自動(dòng)裝置，合上母聯(lián)斷路器400。進(jìn)線斷路器402 上端也失壓，則各斷路器保持分合狀態(tài)。若此時(shí)進(jìn)線斷路器402 上端先恢復(fù)供電，則2#進(jìn)線通過進(jìn)線斷路器402 和母聯(lián)斷路器400 向全所一、二級(jí)負(fù)荷供電；而若此時(shí)進(jìn)線斷路器401 上端先恢復(fù)供電，則首先斷開進(jìn)線斷路器402，然后合上進(jìn)線斷路器401，則1#進(jìn)線通過進(jìn)線斷路器401 和母聯(lián)斷路器400 向全所一、二級(jí)負(fù)荷供電。

母聯(lián)斷路器的自投和自切邏輯見圖7、圖8。

進(jìn)線斷路器401 的失電自切和來電自復(fù)邏輯見圖9、圖10，當(dāng)適用于進(jìn)線斷路器402 時(shí)，邏輯中的1#改成2#，401 改成402，411 與412 互換。

圖7 南京地鐵二號(hào)線母聯(lián)斷路器400 自投邏輯圖

圖8 南京地鐵二號(hào)線母聯(lián)斷路器400 自切邏輯圖

圖9 南京地鐵二號(hào)線進(jìn)線斷路器401 失電自切邏輯圖

圖10 南京地鐵二號(hào)線進(jìn)線斷路器401 來電自復(fù)邏輯圖

4 結(jié)束語

通過對(duì)南京地鐵一號(hào)線用戶意見的調(diào)查分析，有針對(duì)性地修改了0.4 kV 母聯(lián)斷路器自投自復(fù)功能的設(shè)置并將其運(yùn)用于南京地鐵二號(hào)線的低壓配電系統(tǒng)中，經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備操作試驗(yàn)證實(shí)，在確保系統(tǒng)安全性能的前提條件下，該方案可以有效地簡化運(yùn)營人員的操作，極大地增強(qiáng)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使得一號(hào)線出現(xiàn)的相關(guān)問題均得到有效解決。本方案不僅在該工程項(xiàng)目中取得了良好的效果，而且可以推廣應(yīng)用于具有相同系統(tǒng)條件、運(yùn)營習(xí)慣的軌道交通項(xiàng)目中。

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