基于佛山地鐵2號(hào)線中壓供電系統(tǒng)的保護(hù)調(diào)試

中交機(jī)電工程局有限公司 趙神寶

35kV 供電系統(tǒng)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中占有重要的地位，擔(dān)負(fù)著電能的分配和傳輸任務(wù)，主要包括牽引供電、變配電和動(dòng)力照明，提高繼電保護(hù)的安全、可靠、穩(wěn)定性，可為人們的安全出行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供更多的保障和支持。

佛山地鐵2號(hào)線采用110/35kV 兩級(jí)電壓集中供電方式，全線設(shè)置2座110/35kV 主變電所、15座牽引降壓混合變電所、5座降壓變電所、6座跟隨式降壓變電所，全線共設(shè)四個(gè)供電分區(qū)，以中間站石梁為界，兩座主所各供2個(gè)供電分區(qū)。外部電源一般設(shè)于地方變電所，是地鐵系統(tǒng)受電的第一站，110kV 電源通過電纜溝、電纜廊道等電纜線路傳輸?shù)?10kV 主變電所，所內(nèi)的GIS 高壓進(jìn)線間隔、主變壓器、35kV 高壓開關(guān)柜將110kV 高壓電轉(zhuǎn)換為35kV 中壓電，通過中壓供電網(wǎng)絡(luò)向各變電所及沿線區(qū)間供電。

圖1 佛山地鐵2號(hào)線供電方式

1 調(diào)試前確認(rèn)工作

2.1 現(xiàn)場(chǎng)條件

徹底清掃全部設(shè)備及設(shè)備室的灰塵、清除現(xiàn)場(chǎng)不需要的物品及其他專業(yè)材料，無可燃物。設(shè)備房?jī)?nèi)人孔蓋板及爬梯施工完成，夾層電纜孔洞及設(shè)備房?jī)?nèi)其他孔洞封堵完成，設(shè)備房門防鼠板安裝完成，最大程度消除設(shè)備帶電運(yùn)行安全隱患。

2.2 設(shè)備檢查

設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋件澆筑完成，設(shè)備本體及相互間安裝固定完成，所有設(shè)備標(biāo)高滿足圖紙要求，直流設(shè)備、負(fù)極柜、整流器柜等設(shè)備絕緣性能滿足要求；設(shè)備無損壞，零部件安裝完畢，電纜接線端子、主母排和分支母排的連接螺母力矩符合安裝標(biāo)準(zhǔn)，母排之間接觸良好（一般以彈簧墊壓平為準(zhǔn)）；斷路器小車推拉應(yīng)靈活輕便，觸頭應(yīng)接觸緊密，手車與柜體的二次回路連接插件可靠，符合檢修運(yùn)營(yíng)需求。

檢查母線上、設(shè)備內(nèi)無遺漏的工器具，圖紙等其他物件；各設(shè)備廠家檢查內(nèi)部接線符合設(shè)計(jì)原理圖及接線圖，包括互感器的極性，隔離開關(guān)、斷路器、接地刀閘等控制電源的正負(fù)極性等，確保所有接線無松動(dòng)；機(jī)械閉鎖和電氣連鎖裝置動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確可靠，防止電氣誤操作的“五防裝置”應(yīng)齊全；所內(nèi)具備可靠穩(wěn)定的試驗(yàn)電源，各專業(yè)施工基本結(jié)束，具備調(diào)試條件。

2.3 饋電線路

檢查電纜規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)要求，預(yù)留電纜長(zhǎng)度芯數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)要求，電纜固定間距及掛牌位置數(shù)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)檢修的要求，綁扎牢靠且美觀整潔，色相明顯區(qū)分，顯示正確。

2.4 單體調(diào)試

中壓開關(guān)柜試驗(yàn)：機(jī)械特性和機(jī)械操作試驗(yàn)，閉鎖功能試驗(yàn)，CT、PT 絕緣、變比、及伏安特性試驗(yàn)，SF6氣體微水測(cè)試，回路電阻，主回路的交流耐壓（繼電器等控制回路中的電子元件不參與交流工頻耐壓試驗(yàn)），避雷器直流1mA 耐壓試驗(yàn)、0.75直流耐壓的泄露電流；變壓器試驗(yàn)：分接頭變比，繞組在不同抽頭的直流電阻測(cè)定試驗(yàn)，絕緣電阻，繞組連同套管的交流耐壓。

電纜試驗(yàn)：絕緣電阻，交流耐壓；保護(hù)裝置功能校驗(yàn)：串口設(shè)置正確，裝置上電檢查裝置外觀完整，顯示正常，配置邏輯，調(diào)整參數(shù)；通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，檢查開入開出準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)變位；裝置加電壓電流，查看裝置面板上顯示的電壓電流與實(shí)際加的電壓電流顯示一致。

3 聯(lián)動(dòng)調(diào)試

根據(jù)定值表，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀從二次回路中加入電流、電壓等電量模擬各種保護(hù)具備報(bào)警或者跳閘的條件，驗(yàn)證每個(gè)定值的準(zhǔn)確性，及設(shè)備功能是否與設(shè)計(jì)相符。

3.1 保護(hù)裝置整定原則

光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)：考慮到電壓以及頻率的影響，差動(dòng)電流設(shè)定動(dòng)作值需躲過外部短路時(shí)的差動(dòng)不平衡電流及穩(wěn)態(tài)充電電流；過電流或速斷保護(hù)：保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過線路的最大過負(fù)荷電流；零序電流保護(hù)：保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過線路正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡電流；過負(fù)荷保護(hù)：過負(fù)荷裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過變壓器的額定電流，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)躲過允許的短時(shí)工作過負(fù)荷時(shí)間。

3.2 各開關(guān)柜保護(hù)分析

35kV 進(jìn)出線開關(guān)柜：光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為35kV 環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)的主保護(hù)，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)退出后，線路電流比較保護(hù)為第二主保護(hù)，電流加速段保護(hù)為后備保護(hù)，當(dāng)P521光纖通道故障或者P143裝置故障/失電時(shí)電流加速段保護(hù)投入，即線路區(qū)間主保護(hù)退出時(shí)的選擇性保護(hù)[1]。母線電流比較保護(hù)作為變電所母線及開關(guān)設(shè)備的主保護(hù)，電流加速段保護(hù)、長(zhǎng)期投入電流保護(hù)作為后備保護(hù)，零序電流保護(hù)提供欠電流定值及判斷，為備自投提供進(jìn)線無流依據(jù)。

以綠島湖站進(jìn)出線開關(guān)柜（電流互感器比值為600/1）為例，縱差保護(hù)動(dòng)作電流Is1=0.2A、Is2=2A，動(dòng)作參數(shù)k1=0.3、k2=1.5，聯(lián)跳兩側(cè)開關(guān)柜；其余保護(hù)的動(dòng)作電流、動(dòng)作參數(shù)分別為：線路電流比較保護(hù)1.5A/0.4s，聯(lián)跳兩側(cè)開關(guān)柜；電流加速段保護(hù)1.5A/0.6s，聯(lián)跳兩側(cè)開關(guān)柜；母線電流比較保護(hù)1.5A/0.4s，進(jìn)出線斷路器跳閘、聯(lián)跳出線和母聯(lián)、聯(lián)跳對(duì)側(cè)斷路器；長(zhǎng)期投入電流保護(hù)1.5A/0.8s，進(jìn)出線斷路器跳閘。

35kV 母聯(lián)開關(guān)柜：母線電流保護(hù)作為主保護(hù)，充電保護(hù)和過流保護(hù)作為后備保護(hù)。母線電流保護(hù)即母差保護(hù)是基于基爾霍夫電流定律，在母線正常及發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，各線路流入母線的電流和與所有流出母線的支路電流和相等，向量和為零；當(dāng)母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)電流會(huì)流向故障點(diǎn)，導(dǎo)致與該段母線連接的流入流出電流向量和不為零，形成電流差值，引起母聯(lián)及進(jìn)出線斷路器跳閘，并閉鎖進(jìn)出線母線電流保護(hù)；光纖縱聯(lián)差動(dòng)亦會(huì)啟動(dòng)備自投。

充電保護(hù)就是給另一段母線供電，一般用于母線初次送電、運(yùn)行母線向檢修后或備用母線送電，送電時(shí)被送母線無其他負(fù)荷，其本身無電流，當(dāng)合在了故障上時(shí)，流過母線斷路器三者相電流中的任一項(xiàng)或零序電流大于整定值，經(jīng)一定延時(shí)母聯(lián)斷路器跳閘，切除故障母線，非故障母線正常運(yùn)行，故可用充電保護(hù)切除故障母線，當(dāng)母線充電完成后充電保護(hù)退出運(yùn)行。在充電保護(hù)投入時(shí)充電保護(hù)會(huì)去閉鎖母差保護(hù)，以防母差用于故障母線時(shí)，母差動(dòng)作跳開所有出線，擴(kuò)大事故范圍[2]。

在母聯(lián)的保護(hù)中，一般只有過流保護(hù)、沒有速斷保護(hù)，當(dāng)母線上某一饋線開關(guān)線路發(fā)生短路時(shí)與母線短路的短路電流基本上是一致的，如果母聯(lián)設(shè)置速斷保護(hù)，當(dāng)饋線開關(guān)線路發(fā)生短路，母聯(lián)速斷保護(hù)會(huì)誤動(dòng)作，擴(kuò)大停電范圍。也正因?yàn)槟嘎?lián)只有過流保護(hù)、沒有速斷保護(hù)，當(dāng)母線上存在短路故障，靠母聯(lián)的過流保護(hù)切除故障動(dòng)作較慢，對(duì)設(shè)備極為不利，這就引入了充電保護(hù)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)，經(jīng)整定延時(shí)跳開母聯(lián)斷路器。以綠島湖站母聯(lián)開關(guān)柜（電流互感器比值為600/1）為例，不同保護(hù)的動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間分別為：母線電流保護(hù)1.5A/0.18s，母聯(lián)斷路器跳閘、閉鎖兩段進(jìn)出母線電流保護(hù)；充電保護(hù)1.5A/0.2s，母聯(lián)斷路器跳閘；過流保護(hù)1.5A/0.6s，母聯(lián)斷路器跳閘。

35kV 饋線開關(guān)柜：以電流速斷保護(hù)為主保護(hù)，快速切除饋出線至直流1500V 母線之間的短路故障，過流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)為后備保護(hù)。在失靈壓板投入的情況下，當(dāng)主保護(hù)發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí)，通過保護(hù)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作信息（斷路器出口繼電器觸點(diǎn)閉合）與拒動(dòng)斷路器的電流（母聯(lián)CT 的二次電流），構(gòu)成斷路器失靈保護(hù)，應(yīng)用于連接到母線上的所有支路，分別為母聯(lián)斷路器、其他饋線斷路器、進(jìn)出線斷路器，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后，閉鎖有關(guān)線路的重合閘。過負(fù)荷保護(hù)定值較低、延時(shí)長(zhǎng)，主要用于負(fù)荷側(cè)卡澀、轉(zhuǎn)矩增大等故障，較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致線圈發(fā)熱，進(jìn)而動(dòng)作于跳閘[3]。

以綠島湖站整流變壓器柜（電流互感器比值為100/1）為例，不同保護(hù)的動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間分別為：電流速斷保護(hù)4.54A/0s，整流變壓器柜跳閘；過流保護(hù)1.65A/0.2s，整流變壓器柜跳閘；過負(fù)荷1段1.24A/15s，整流變壓器柜報(bào)警；過負(fù)荷2段1.24A/60s，整流變壓器柜跳閘；母線電流閉鎖9A/閉鎖進(jìn)出線母線電流保護(hù)；斷路器失靈保護(hù)聯(lián)跳進(jìn)出線和母聯(lián)。

以綠島湖站配電變壓器柜（電流互感器比值為50/1）為例，不同保護(hù)的動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間分別為：電流速斷保護(hù)8.37A/0s，配電變壓器柜跳閘；過流保護(hù)1.89A/0.6s，配電變壓器柜跳閘；過負(fù)荷保護(hù)0.63A/15s，配電變壓器柜報(bào)警；母線電流閉鎖動(dòng)作電流18A，閉鎖進(jìn)出線母線電流保護(hù)；斷路器失靈保護(hù)聯(lián)跳進(jìn)出線和母聯(lián)。

3.3 中壓供電保護(hù)在PSCADA 與綜合監(jiān)控之間的調(diào)試

SCADA 系統(tǒng)主要有變電所綜合自動(dòng)化、通信通道及調(diào)度主站系統(tǒng)三大部分組成。調(diào)度主站設(shè)在控制中心，以遠(yuǎn)動(dòng)控制方式控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)檢修設(shè)備系統(tǒng)時(shí)控制中心開具作業(yè)票，所內(nèi)開具操作票，在SCADA 集中控制或設(shè)備本體就地控制，三級(jí)控制方式之間相互閉鎖；變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)供電系統(tǒng)中的主變電所、牽引降壓混合混合變電所、降壓變電所的供電設(shè)備、接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開關(guān)等設(shè)備通過所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行控制和監(jiān)視、通過信號(hào)和數(shù)據(jù)采集、反饋，隨時(shí)了解線路供電設(shè)備的情況，并及時(shí)做出判斷，減小事故范圍，調(diào)試主要分為遙測(cè)、遙控、遙信。

遙測(cè)：能在PSCADA 實(shí)時(shí)查看開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、溫度、三相電流、電壓、功率，數(shù)值應(yīng)與柜子上綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置采集的數(shù)據(jù)一致；遙控：在PSCADA 操作屏上都能正常控制每個(gè)柜子的信號(hào)復(fù)歸、斷路器分合、隔離開關(guān)分合、備自投的投入；遙信：即狀態(tài)量的開入信號(hào)，是為了將開關(guān)、刀閘等位置信號(hào)上傳到監(jiān)控后臺(tái)，包括開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備告警信號(hào)、保護(hù)跳閘信號(hào)等，并通過SOE詳細(xì)記錄動(dòng)作的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間。