地铁区间设备供电及变压器安全检修

金 辉

（广州市地下铁道总公司，广州 510010）

1 区间设备供电方式选择

1）概况

在地铁工程中，变电所一般集中设置在车站，设备用房与车站用房合建。变电所承担整个车站及车站两端各半个区间范围内所有用电设施的供电，电压等级为AC400V。

区间中部一般设有废水泵房及风机房，其中风机单台容量约100kW，电源取自临近变电所。对于AC400V系统，不适宜长距离、大容量供电。区间长度加大后，距离车站变电所的距离一般达到2km，风机类大负荷设备的供电问题应引起重视。

2）AC 400V低压供电

《供配电系统设计规范》GB50052规定：正常运行情况下，电动机类用电设备受电端子处电压偏差允许值为±5%。受电端电压如果过低，电机不能正常启动或启动时间过长。

变电所低压开关柜额定输出电压为 AC400V，风机的额定工作电压为 AC380V，线路上的最大允许电压降应不超过40V。

经计算，要满足风机正常工作条件，电缆线芯截面应不小于 500mm2。而目前，常用低压电缆的最大线芯截面为 240mm2。需将 3根 1×4×240 mm2电缆并联接线，方能满足供电要求。如采用密集母线，投资更高。

对于AC400V系统，超出一定距离后，电压降取代电流成为电缆截面选择的主要依据。此时，电缆利用率降低、投资骤增。

3）AC 33kV中压供电

在电力系统中，远距离输电一般采用高压或超高压。优势在于传输容量大、线路损耗低、传输距离远及投资经济。在工程中，在区间中部负荷集中区域设置跟随式降压变电所，就地降压，同样是可行的。区间中部大负荷回路越多，距离车站变电所越远，该方案的优势越突出。

在工程初期阶段，对长大区间中用电设施及负荷分布进行统计，对AC 400V低压供电和AC 33kV中压供电两种方式进行经济性能比较，选取合理方案。

2 跟随式降压变电所动力变压器检修和检修方案

1）跟随式降压变电所变压器安全检修

跟随式降压变电所的设置有效解决了低压回路长距离、大容量供电的难度，降低了运营用电损耗，减少了设备投资。但是，由于跟随式降压变电所内动力变压器与其电源侧AC35kV进线开关安装在不同地点（一般为车站两端），带来了检修和维护方面的安全问题。因此，应采取切实有效的措施实现动力变压器的安全检修和维护。

要实现动力变压器的安全检修和维护，关键在于解决误闯带电间隔和检修过程中误送电的问题，即：变压器断电前，变压器外壳门不允许打开；变压器外壳门打开后，变压器前AC35kV进线开关不允许操作。在实际工程中，通常采取三种方案解决这个问题：在动力变压器所在安装位置前装设隔离开关柜、负荷开关柜或采用电磁及机械闭锁装置。下面对三种方案进行简单的分析，其接线示意图见图1。

图1 变压器检修防护方案接线示意图

在地铁工程中，AC35kV开关柜选型是按标准的SF6气体绝缘金属封闭开关柜（GIS）考虑的。对于AC35kV GIS开关柜而言，其特点之一是开关柜内的三工位开关和断路器之间存在机械闭锁关系，即只有当断路器处于分闸位置时，三工位开关才能进行合/分/接地的操作。跟随式降压变电所动力变压器安全检修方案的设计与GIS的这种操作特性密切相关。

2）跟随式降压变电所动力变压器检修方案

（1）隔离开关柜方案

深圳地铁一期工程采用这种方案。该方案中，变压器检修时相关开关的操作程序为：AC35kV进线断路器断开→三工位开关处于接地位置→AC35kV进线断路器合闸，使AC35kV开关柜的电缆回路及动力变压器一次端接地→隔离开关打开，此时在动力变压器前形成明显间断点，从而保证检修维护人员的人身安全。由于隔离开关本身不具备开断和关合能力，为防止带电误操作，需要与相应的AC35kV进线开关柜中的三工位开关进行电气闭锁。

在变压器前加设隔离开关，完全能够满足动力变压器安全检修的要求，但是该方案增加了隔离开关柜的投资和相应的土建投资。此外，如果隔离开关柜本身需要检修时，存在着检修过程中误送电的安全隐患。

（2）负荷开关柜方案

上海明珠线二期工程跟随式降压变电所 10kV动力变压器前采用负荷开关柜方案。由于负荷开关具备开断和关合能力，当其分闸后，可实现对动力变压器的安全检修和维护，无需与相应的 AC35kV进线开关进行电气闭锁。

通过对设备的调研，目前国内的柜式 AC35kV等级负荷开关（户内型）产量很少，没有成熟的定型产品，也没有在城市轨道交通AC35kV电压等级中使用的先例。而且，与上述隔离开关柜方案一样，本方案增加了设备和相应的土建投资，并存在着自身检修的安全问题。

（3）电磁及机械闭锁方案

本方案同时采用电磁闭锁和机械闭锁，即在动力变压器外壳门上装设电磁锁，电磁锁与变压器AC35kV进线开关柜中的三工位开关进行电气闭锁，同时，在三工位开关的接地位置加设挂锁。本方案已在广州地铁工程中采用。

变压器检修时相关开关的操作程序为：AC35kV进线断路器断开→三工位开关处于接地位置并外加挂锁→AC35kV进线断路器合闸→变压器外壳门上电磁锁打开，此时可以对变压器进行检修。

从操作程序中可以看出，该方案不但可以彻底解决检修前变压器的断电问题，还解决了检修人员检修过程中的误送电问题。此外，与上述两种方案相比，该方案没有增加专门的开关柜和相应的土建投资，以及增加设备之后的运营维护费用，仅加设电磁锁和挂锁就可以实现安全检修的目的。

电磁及机械闭锁方案需要远距离采集和传输电气闭锁信号，为保证动作的可靠性，方案设计中可以采取如下措施：电气信号采用双位置信号，保证信号传输的准确性；在变压器前AC35kV进线开关柜上显示变压器外壳门位置信号，协助当地操作和判断；变压器外壳门上设带电显示装置，并将位置信号上传控制中心，协助远程操作和判断。

（4）方案比较

综上所述，电磁及机械闭锁方案设计简单、安全可靠，完全能够满足变压器安全检修和维护的需要，并且有明显的经济性。因此，在工程中跟随式降压变电所动力变压器前装设电磁及机械闭锁装置，以保证检修人员的人身安全。