深圳地铁低压开关柜控制系统功能改进

曾康球 曾令全

引言：低压开关柜是地铁配电系统的核心设备，负责地铁车站及区间所有0.4KV以下低压设备供电。深圳地铁低压开关柜主接线采用单母线分段方式，采用PLC控制各断路器的互锁及自动投切。本文通过低压开关柜误动作事件的处理分析，探讨低压开关柜电压继电器参数设置及PLC控制要点。

摘要：通过合理设置低压开关柜进线电压继电器参数、正确编写PLC程序，使低压开关柜有效避开短暂的电网波动，防止低压开关柜断路器误动作，避免非设备故障引起的进线断路器分闸需要人工恢复，保障低压配电系统稳定运行。

关键词：低压开关柜；电压继电器；PLC

Abstract: Through the reasonable setting of low voltage switch cabinet in the line voltage relay parameters, the correct PLC preparation procedures, so that the low voltage switch cabinet effectively avoid transient grid fluctuation, prevent low-voltage switchgear breaker misoperation, avoid equipment failure caused by line circuit breakers need artificial restoration, protection of low voltage distribution system.

Key words: low voltage switch cabinet; voltage relay; PLC

1）低压开关柜：由一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，由制造商负责完成所有内部的电气和机械的连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。

2）电压继电器：输入量是电压并当其达到规定的电压值时做出相应动作的一种继电器。本论文提及的电压继电器有过压和欠压功能。

3）PLC：即可编程控制器（Programmable Logic Controller）,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

中图分类号：U224.3+1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

课题背景

2011年7月4日11点22分，深圳地铁白石洲主所、西乡主所、西丽主所、后海主所、文化中心主所110KV电网出现瞬间失压，引起1、2、5号线部分车站低压开关柜断路器自动分闸，其中蛇口线安托山站B端、侨城北站A端、侨香站B端、莲花西站B端低压开关柜两路进线断路器均分闸且不自复，导致这四个车站0.4KV配电系统短时大面积停电，影响车站正常运营。

故障调查

通过调取当天主变电所电压波形记录发现，7月4日11点22分白石洲主所110KV变压器二次侧C相电压出现80ms跌落。由于车站低压柜上级两个35KV变压器均接在此110KV变压器，两路低压柜进线C相电压均出现同样欠压现象。

现场检查未发现元器件损坏或下级设备故障，低压开关柜断路器能正常复位，复位后配电系统运行正常。结合主变电所电压波形记录，初步判断为电压继电器和PLC问题。

原因分析

低压开关柜进线断路器电源端设置电压继电器检测电压值，任一相电压值跌落到设定值以下时，电压继电器送出低电压信号给PLC，由PLC控制低压开关柜断路器分闸。检查发现该电压继电器动作方式为“延时响应、立即复位”，PLC取的是常开触点，所以电压值跌落到设定值以下时电压继电器立即输出欠压信号到PLC,使断路器按程序分闸。

PLC程序设置不当，两个电压继电器发出欠压信号后，两路低压开关柜进线断路器都分闸，在深圳地铁低压开关柜系统中这种状态为低压开关柜两进线、一母联系统的初始状态，PLC程序中没有设定其自复功能，必须人工手动恢复，延长了恢复时间。PLC程序需改为两路均失压时低压开关柜各断路器保持原状态，避免再次来电时人工恢复引起的延迟。

改造情况

改造计划

1）110KV变压器电压波动引起数个车站两路低压开关柜电源侧电压同时波动，由于110KV变压器影响范围广且再现当时的单相瞬间失压情况难度大，故采用模拟的方式对低压开关柜施加同样影响，即将低压开关柜两路电源侧其中一相同时分断一定时间再恢复，模拟低压开关柜两路进线同时瞬间失压情况。通过故障重现确认问题、确定整改方案和验证整改效果。

2）选取受影响的一个车站为试点进行整改，测试合格并运行一段时间无问题后再推广到整条线路，经过多次电网瞬间波动检验合格后再推广到所有线路。

改造措施

故障重现及分析

1）2011年8月3日，以莲花西站为试点，利用夜间停运时段对该站A端低压室低压开关柜控制系统进行故障重现。将继保仪输出到两路电压继电器的电源C相设置为分断200ms后恢复，经10次试验，发现欠压时电压继电器欠压指示灯亮， PLC输出信号不稳定，10次中只有3次有输出；将继保仪输出的电源C相设置为分断10s后恢复，经10次试验，PLC均给出信号，两路进线断路器分断。

2）由于此电压继电器延迟时间是模拟量，分辨率为0.5s，且继电器每次动作时间不一样，总体误差较大，所以在同样的200ms瞬间欠压条件下，断路器有时分闸，有时不分闸，这也是7月4日白石洲主所电网波动时只有其中一部分车站低压开关柜断路器分闸的原因。

改造

PLC仍取电压继电器常开触点，将电压继电器动作方式由“延时响应、立即复位”，改为“立即响应、延时复位”，延时时间设为0.5s，避免低压开关柜断路器在电网发生瞬间波动时误动作。

将原PLC程序的“两路市电失压时两路进线断路器分闸”改为“两路市电失压时两路进线断路器保持原状”。

效果评估

电压继电器参数调整及PLC程序修改后，用继保仪模拟三相交流电输出到两路低压开关柜电压继电器，按以下三种情形进行模拟测试：

将继保仪输出的两路三相交流电C相设置为欠压200ms后恢复，经过数次试验，电压继电器均给出欠压信号指示，电压继电器、PLC不动作，两路进线断路器均保持原状，符合改造预期。

将继保仪输出的两路三相交流电C相设置为欠压10s后恢复，经过数次试验，电压继电器均给出欠压信号指示，电压继电器、PLC动作，两路进线断路器均保持原状，符合改造预期。

将继保仪输出的其中一路三相交流电C相相设置为欠压10s后恢复，经过数次试验，该路电压继电器均给出欠压信号指示，电压继电器、PLC动作，欠压一路进线断路器分闸，母联自动投入，符合系统设计要求。

2012年4月26日凌晨03:23分左右，城市广场主所、文化中心主所、白石洲主所故障录波同时启动，文化中心主所110KV景铁线、雅铁线94毫秒瞬间失压后恢复正常。本次电网波动未引起任何一个站低压开关柜开关跳闸，证明整改效果符合预期。

结束语

低压开关柜电压继电器、控制程序应根据设备运行环境、实际操作需求合理设置，上级电网短暂波动时应避免低压开关柜误动作，非设备故障引起的低压开关柜分闸应避免采用人工操作方式恢复。另低压开关柜是地铁配电系统的核心设备，涉及低压开关柜的任何改造均应经过严密的论证、测试，确认整改方案可行后方可实施。