浅谈地铁低压配电自投自复功能的设置

张洪陵

0 引言

地铁供电系统担负着地铁运营所需电能供应与传输的任务，其中低压配电系统主要负责向地铁车站及线路中所有机电设备、照明设备进行供电。供电系统出现异常情况时，低压配电设备恢复向用电设备供电的速度直接影响地铁运营的效率。

地铁车站低压配电系统一般采用单母线分段的形式，有2 路进线电源，接在2 台动力变压器下端。

在发生故障时和故障排除后，为实现相关断路器的自动投入、自动切除，母联开关柜设置备自投投入/撤除切换开关，同时在PLC 中编制了一系列备自投逻辑。本文着重研究备自投投入/撤除切换开关置于投入位置时，PLC 备自投启动状态下的断路器自投自复动作情况，对于与自投自复无直接关联的控制逻辑，以及PLC 内部的相关延时设定不在本文进行详细阐述。

1 南京地铁一号线方案

南京地铁的低压配电供电运行方式要求如下：

（1）正常运行时，2 台动力变压器分列运行，向整个车站及两端相邻半个区间的一、二、三级低压负荷供电，母联断路器常开。

（2）当1 台动力变压器因故障退出运行时，切除本所三级负荷，母联断路器自动投入，由另1台动力变压器负担全所供电范围内的一、二级低压负荷。

（3）故障排除后，则将合闸的母联断路器分断开，合上此前分断了的进线断路器和三级负荷总断路器，继续由2 台动力变压器正常供电。

低压配电系统正常工作时，进线断路器401、402 合闸，分别向两段母线供电，三级负荷总断路器411、412 合闸，母联断路器400 分闸，见图1。

图1 低压配电系统正常工作状态示意图

1.1 1#进线失电自投

当进线断路器401 上端发生故障（1#动力变压器内部故障或线路短路故障），致使35 kV 侧断路器跳闸，1#进线失电，在接到35 kV 侧断路器发出的联跳信号（电气联锁）或进线断路器401 检测到进线无压时，进线断路器401 跳闸，PLC 自检1#进线失压，2#进线有压，两段三级负荷总断路器411、412 跳闸，延时自投母联断路器400。

1.2 1#进线来电自复

当进线断路器401 上端的故障解除（1#动力变压器内部故障或线路故障解除），35 kV 侧断路器重新合闸，1#进线电压恢复，PLC 检测到1#、2#进线都有正常电压，延时自动跳母联断路器400，再自动投入进线断路器401，然后自动投入三级负荷总断路器411、412，此时该系统恢复到如图1所示的正常工作状态。

1.3 自投的失效与被闭锁

当由于I 段母线故障引起进线断路器401 故障跳闸、或由于馈出线引起进线断路器401 越级故障跳闸，PLC 备自投不被启动，必须在检测到开关故障排除，手动复位后才可启动。手动操作1#动力变压器35 kV 及0.4 kV 侧断路器分闸，PLC 备自投也不被启动。另外，母联开关柜设置手动复归按钮，自投装置动作一次后自动闭锁，需要手动复归或由远方上位机复归后才能重新投入。

1.4 2#进线失电自投和来电自复

当进线断路器402 上端发生故障（2#动力变压器内部故障或线路短路故障）时，与第1.1—1.3 节所述情况类似。母联断路器400 的自投和自切逻辑见图2、图3。

图2 南京地铁一号线母联断路器400 自投逻辑图

进线断路器401 的失电自切和来电自复逻辑见图4、图5，当适用于进线断路器402 时，逻辑中的1#改成2#，401 改成402，411 与412 互换。

图3 南京地铁一号线母联断路器400 自切逻辑图

图4 南京地铁一号线进线断路器401 失电自切逻辑图

图5 南京地铁一号线进线断路器401 来电自复逻辑图

2 运营反馈及原因分析

2.1 运营反馈

以上自动装置的设置方式可以满足系统安全运营的需求，但现场使用后，发现存在以下不足：

（1）自投装置动作一次后自动闭锁。在母联断路器完成一次自投动作后，必须手动或由远方上位机对PLC 进行复归，以保证下次出现进线电源故障时，母联断路器自投正确。

（2）2 路进线电源均发生故障，通常被认定为双重故障，城市轨道交通项目供电系统设计时通常不予考虑。但南京地铁一号线投运以后，模拟1座110 kV 主变电站解列的突发情况，使2 路进线电源均失电的现象得以出现。当2 路进线电源先后出现故障，进线断路器均会由于检测到进线失压而跳闸，母联断路器处于合闸状态，系统如图6 所示，此时若只有1 路进线电源恢复正常，系统无法自动恢复供电，必须手动或远方操作分断母联断路器，方可逐步恢复系统供电。

图6 2 路进线失电状态示意图

2.2 原因分析

（1）自投装置动作一次后的自动闭锁功能，是为保证母联断路器不会重复合闸到故障母线上而设置的。从目前的自投逻辑来看，该设置与母联断路器自投的必要条件“母联断路器400 未故障跳闸”在效果上是重复，虽然更有效地增加了系统的安全性，但在系统未出现母线故障的情况下，该步骤明显增加了运营人员的工作量。

（2）进线断路器的失压脱扣，在一定程度上可以使进线断路器在失电情况下更快速有效地分断。但是，现有设置无法判定系统的实际状况，一旦进线电源失电，断路器都会进行分断。在遇到2路电源先后失电的情况后，即使有进线电源恢复正常，由于检测到母联断路器仍处于合闸状态，2 台进线断路器也均不会投入，同时，由于检测到只有1 路进线电源有电，母联断路器也不会自动分断，陷入互相闭锁的状态，系统无法自愈。此时系统自投自复功能并不十分智能。

3 南京地铁二号线解决方案

针对自投装置被闭锁的问题，由于目前系统所使用的设备均为国际知名品牌，其产品性能均有一定的保障，故可以考虑取消自投装置动作一次后的自动闭锁设置。

针对2 路进线电源失电恢复后系统无法自愈的问题，可以将进线断路器的自动跳闸条件调整成“本进线电源失电且另一进线电源正常”，同时将“母联断路器400 分闸”从进线断路器的自动合闸条件中删除，这样，后失电进线对应的断路器不会因为进线电源的失电而自动分断，后失电的进线先恢复正常，系统可以自动恢复供电。若先恢复正常的是先失电的进线，此时满足后失电进线对应的断路器自动跳闸条件，2 台进线断路器都成为分闸状态，而进线断路器的自动合闸不再受母联断路器400 合闸位置闭锁的影响，不管哪路进线恢复正常，系统都可以自动恢复供电。

3.1 1#进线失电自投

当进线断路器401 上端发生故障（1#动力变压器内部故障或线路短路故障），致使35 kV 侧断路器跳闸，1#进线失电，在接到35 kV 侧断路器发出的联跳信号（电气联锁）或进线断路器401 检测到1#进线无压且2#进线有压时，进线断路器401 跳闸，两段三级负荷总断路器411、412 跳闸，延时自投母联断路器400。

3.2 1#进线来电自复

与一号线的设置相同，此时系统恢复到如图1所示的正常工作状态。

3.3 自投的失效与被闭锁

当由于I 段母线故障引起进线断路器401 故障跳闸、或由于馈出线引起进线断路器401 越级故障跳闸，PLC 备自投不被启动，必须在检测到开关故障排除，手动复位后才可启动。手动操作1#动力变压器35 kV 及0.4 kV 侧断路器分闸，PLC 备自投也不被启动。

3.4 2#进线失电自投和来电自复

当进线断路器402 上端发生故障（2#动力变压器内部故障或线路短路故障）时，与第3.1—3.3 节所述情况类似。

3.5 2 路进线失电的自投自复

进线断路器401 上端失压，经延时自动跳开进线断路器401 和2 台三级负荷总断路器411、412，同时判断另一进线断路器402 上端有压且进线断路器402 处于合位，则启动自动装置，合上母联断路器400。进线断路器402 上端也失压，则各断路器保持分合状态。若此时进线断路器402 上端先恢复供电，则2#进线通过进线断路器402 和母联断路器400 向全所一、二级负荷供电；而若此时进线断路器401 上端先恢复供电，则首先断开进线断路器402，然后合上进线断路器401，则1#进线通过进线断路器401 和母联断路器400 向全所一、二级负荷供电。

母联断路器的自投和自切逻辑见图7、图8。

进线断路器401 的失电自切和来电自复逻辑见图9、图10，当适用于进线断路器402 时，逻辑中的1#改成2#，401 改成402，411 与412 互换。

图7 南京地铁二号线母联断路器400 自投逻辑图

图8 南京地铁二号线母联断路器400 自切逻辑图

图9 南京地铁二号线进线断路器401 失电自切逻辑图

图10 南京地铁二号线进线断路器401 来电自复逻辑图

4 结束语

通过对南京地铁一号线用户意见的调查分析，有针对性地修改了0.4 kV 母联断路器自投自复功能的设置并将其运用于南京地铁二号线的低压配电系统中，经过现场设备操作试验证实，在确保系统安全性能的前提条件下，该方案可以有效地简化运营人员的操作，极大地增强系统的自动化程度，使得一号线出现的相关问题均得到有效解决。本方案不仅在该工程项目中取得了良好的效果，而且可以推广应用于具有相同系统条件、运营习惯的轨道交通项目中。

[1] 韩连祥.城铁低压配电系统运行方式及自投自复原理[J].地铁与轻轨，2003，（1）.

[2] 徐德勤.智能低压双电源自投系统[J].江苏电器，2005，（3）.

[3] 严亚军.0.4 kV 低压进线和母联断路器运行现状调查和建议[J].电气应用，2005，（12）.