探究地铁中压交流供电系统中母联备自投的应用

徐韬，李欣（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆市 渝北区401121）

探究地铁中压交流供电系统中母联备自投的应用

徐韬，李欣（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆市 渝北区401121）

时代在进步，我们对工程的衡量标准也在不停地进步，地铁虽然经历了一个多世纪的成长已然很成熟了本文从简单分析地铁在城市生活中的地位以及地铁在国内外的发展现状开始，对地铁中压交流供电系统中母联备自投进行了分析。希望能给同行一些建议。

地铁；中压交流；供电系统

1 引言

通常城市轨道交通交流电网多采用备用电源自动投入装置（以下简称“备自投”）来提高系统的供电可靠性和供电连续性。如果对备自投工作原理或者动作判据对运行中可能的情况考虑不足，就会导致备自投的不正确动作，从而可能影响轨道交通安全稳定运行。

2 国外地铁的发展状况与国内地铁发展现状

2.1 国外地铁的发展状况

人类从开始创始地铁开始已经有100多年了。世界公认的第一条地铁是在伦敦是首个开通的，随后布达佩斯创新性的修建了欧洲第一条电气化地铁。此后，世界各大城市都开始推广使用地铁。经过上百年的发展，伦敦目前已拥有总长408km的地铁网，他们的每天载客量平均在300万人以上。一座拥有几百万甚至上千万人口的大都市，交通拥挤是最令人头痛的事。到较大城市的人都会感到，即使交通非常发达，但人口多，交通非常拥堵依然是一件让人头疼的事情。要缓解城市交通中的拥挤，就要走多元化的发展之路。修建高速公路、快速干道，高架轻轨铁道和地下铁道等，形成城市立体交通网络格局。然而，在大城市里，修建地铁才能减缓城市的交通、减少城市用地。

2.2 国内地铁发展现状

现在重庆轨道已经建成4条线路，运营里程超过200km的轨道交通网络。到2020年通车总里程超过400km，可为600万人提供方便快捷舒适的乘车服务，沿线车站周边将集聚都市区60%的人口，步行10min即可到达车站。

3 地铁交流供电系统的任务和组成

城市地铁工程主要由土建工程和系统工程两大部分构成。其中系统工程又可分为轨道系统、电力系统、供电牵引系统等近20个子系统。地铁供电系统由外部电源、主变电所（或电源开闭所）、牵引供电系统、变配电系统、电力监控系统（SCADA）组成。

4 地铁中压供电系统运行方式

国内城市轨道交通的供电系统通常采用2级电压供电方式，即110（66）kV/35（10）kV。整个供电系统分成若干个供电区间。供电区间内的各车站变电所采用双环网供电方式，各车站内的变电所均采用单母分段的供电结构。图1所示为一个供电区间供电系统结构。

图1 典型地铁中压交流供电系统图

4.1 正常供电方式

主变电所为变电所提供2个独立电源，2个电源分列运行，各个变电所母联开关均处于断开状态。

4.2 一路进线电源退出运行方式

如Ⅰ段母线进线电源退出运行时，分断该中压电缆两端的2个开关，母线分段开关合闸，由Ⅱ段母线进线电源承担本变电所范围内全部负荷。

4.3 变电所一段中压母线退出运行方式

变电所一段Ⅰ（Ⅱ）中压母线退出时，母线分段开关被闭锁不合闸，由另一个进线电源承担本变电所范围内的全部1、2级负荷，此时由低压侧400V供电系统备自投实现所内不间断供电。变电所2段中压母线退出时，该变电所完全退出运行。

5 地铁中压供电系统母联备自投的几种方式及比较

5.1 进线失压合位启动备自投

进线保护装置失压合位启动备自投：

母联保护装置备自投合闸逻辑见图2。优点：此时通过进线断路器在合位时失压启动备自投，就可以避免当手动分闸进线、遥控分闸、过流保护跳闸时引起失压造成备自投的启动。缺点：站间需时间配合，供电级数过多对自投动作时间有影响。母联备自投时，各相关变电所断路器动作分析（以Ⅰ段母线处于故障状态为例）：A所Ⅰ段进线失压后，进线微机保护装置根据启动备自投逻辑判断，满足条件后，向本所母联发出启动备自投信号，母联发出跳进线命令，确认进线跳开（母联收到进线分位信号）后，发母联自投合闸命令，此时母联断路器合闸，Ⅰ段母线恢复供电。此种备自投方式已广泛运用于上海等地铁供电系统。

图2 母联备自投合闸逻辑

5.2 进线失压跳闸启动备自投

进线还有一种备自投启动方式，即失压跳闸启动备自投。逻辑图见图3。失压跳闸启动备自投是当进线失压跳闸后，进线在分位时才启动备自投。母联备自投时（图2），各相关变电所断路器动作分析 （以Ⅰ段母线处于故障状态为例）：A所Ⅰ段进线失压后，进线微机保护装置根据启动备自投逻辑判断，满足条件后，先跳开失压线路断路器，确认进线跳开（进线收到断路器分位信号）后，向本所母联发启动备自投信号；母联确认Ⅱ段母线正常，发母联备自投合闸命令，此时母联断路器合闸，恢复对Ⅰ段母线供电。缺点：站间需时间配合，供电级数过多对自投动作时间有影响。

图3 外电源进线失压跳闸启动备自投逻辑

5.3 进线的线路差动保护动作启动备自投

当区间线路环网电缆出现故障导致差动保护动作时，作为下一个变电站电源的进线应该启动备自投，母联保护装置在接收到进线的启动备自投信号后，根据运行备自投逻辑，条件满足时闭合母联断路器。母联备自投时（图2），各相关变电所断路器动作分析（以图1中B、C所Ⅰ段电缆处于故障状态为例）：B、C区间电缆出现接地环网进线启动备自投逻辑时，线路差动保护装置会出现不平衡电流，而一旦泄漏电流达到设计整定值，差动保护动作，此时B所出线、C所进线均跳开迅速隔离故障源。同时C所进线发启动备自投信号至C所母联保护装置，C所母联依据图3备自投逻辑合闸，尽可能缩小停电范围，保证供电系统稳定性。优点：备自投动作时间快，不受站间时间配合影响。

5.4 被上级站联跳启动备自投

上级站母线出现问题时，本段母线的进线母线主保护会跳开进线断路器，与此同时跳开出线断路器。母联保护装置在接收到进线的启动备自投信号后，闭合母联断路器。母联备自投时（图3），各相关变电所断路器动作分析（以B所Ⅰ段母线处于故障状态为例）：B所母线故障时，B所Ⅰ段母线进线动作，切断故障电源。从系统图1上可以看出，故障点越靠近主变电所，停电区间越长，范围越大。为此，进线母线主保护动作的同时跳开本段母线出线并且跳开C站进线，C站进线发启动备自投信号至C站母联，C站母联完成备自投逻辑运行，满足逻辑图3时母联微机保护装置发合闸信号，至此完成整个备自投过程。优点：备自投动作时间快，不受站间时间配合影响。缺点：动作几率小，只有在上级站母线故障时才动作。此种自投方式在北京地铁有着成熟的应用。

6 更合理、可靠、安全母联备自投方案的探讨

鉴于上述的几种备自投方式均存在一定的缺点，为保证备自投的合理、可靠、安全，可考虑通过其他的逻辑方式或者是几种备自投启动方式相互配合来达到更好的效果。经分析、论证和试验，将进线失压合位启动备自投与差动保护动作启动备自投两种方式综合考虑作为进线启动备自投的条件，备自投功能更为可靠、安全、完善，能较好地克服以上几种备自投方式所存在的缺点。当区间线路故障时，由差动动作跳开电缆两侧断路器，并启动母联备自投，实现快速恢复供电。当因上级站故障而失电时，本站可以通过备自投合闸来恢复供电，这样可以弥补差动备自投的不足。沈阳地铁在充分吸收了各城市地铁母联备自投优点的基础上，并根据系统自身特点，就采用了这种备自投方案，该方案在沈阳地铁应用至今，效果良好。

7 结束语

随着我国城市化进程的不断推进，拥有地铁的城市必然会增多，而且大城市的地铁密度也会越来越大。采用更新的技术和方案以实现更低成本、更安全环保、更高效率的供电系统是地铁发展的必然趋势，为此我们还有很多的工作要做。论文从简单分析地铁在城市生活中的地位以及地铁在国内外的发展现状开始，针对中压供电系统实际工程建设，对本工程中地铁中压交流供电系统中母联备自投等分析进行了深入研究。不断完善的地铁必将为城市的发展以及人们生活质量的提高做出更巨大贡献。

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答（2版）[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]宋大治.地铁35kV供电网络安全联锁设置.城市轨道交通，2009，6.

[3]余健明，同向前，苏文成.供电技术（4版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

U231.8

A

2095-2066（2016）22-0226-02

2016-7-10

徐 韬（1978-），男，中级，本科，主要从事轨道交通供电工作。

李 欣（1984-），男，助理工程师，本科，主要从事轨道交通供电专业工作。