地铁车站变电所电气元器件选型分析

邹荣

摘 要：地铁车站变电所所用的电气元器件种类比较多，且不同种类的元器件又可分不同的类型，在设计变电所的过程中，应综合考虑地铁车站配电系统的具体情况，依据电压、电流、负荷等选择适合的电气元器件。如果元器件的选型不当，不仅会影响变电所的运行效率，而且会影响整个地铁车站的运行，严重时甚至造成地铁乘客的人身伤亡，因而，应高度重视地铁车站变电所的电气元器件的选型。文章先分析电气元器件选择的一般条件，在此基础上探讨断路器、电流互感器等电气元器件的选型，以期能为地铁车站变电所有关设计单位提供参考。

关键词：地铁车站；变电所；电气元器件；选型；条件

1 引言

地铁是我国重要的公共交通基础设施，客流量较大，因而，保证地铁的安全对于保证我国社会稳定和经济健康发展具有重要的意义。变电所时地铁车站的核心系统，因而必须慎重选择变电所所用到的电气元器件，在选择电气元器件的型号时，应结合地铁车站变电所的具体情况和电气元器件的参数认真分析，选择适宜的电气元器件，从而保证地铁的正常运行。

2 地铁车站变电所电气元器件选择的一般条件

2.1 电气元器件选择的一般原则

在选择地铁车站变电所电气元器件时，首先应使其满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并同时考虑到远景发展。在选定电气元器件后，应按当地环境条件进行校核，以达到技术上的先进性与经济上的合理性，安全可靠且与整个工程的建设标准协调一致。如果所选择的电气元器件是同类设备，则应尽量减少电气设备规格品种。选用的电气元器件品种，应具有可靠的试验数据，确保其经过正式鉴定的型式试验报告并为合格产品。

2.2 电气元器件选择的技术条件

在选择电气元器件时，应保证其能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。在长期工作条件下，所选用电器元器件的允许最高工作电压不应低于该回路的最高运行电压，且额定电流也不应低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流，允许机械荷载也不应小于在电气元器件引线在正常运行和短路时的最大作用力。选定电器元器件后，应按可能通过的最大短路电流进行动稳定校验和热稳定校验，确认其符合规定的条件。此外，在工作电压和过电压的作用下，电气元器件的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电气元器件的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电气元器件的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。

3 地铁车站变电所电气元器件的选型分析

3.1 断路器操作机构选型

断路器是一种较为常见的开关装置，能够完成对正常回路条件下的电流的关合、承载和开断动作，同时也适用于异常回路条件下的电流的关合、规定时间内的承载和开断动作。在地铁车站变电所中，当出现过载、短路或欠压等问题时，断路器能自动切断电路，而且无需变更零部件即可分断故障电流，因而，常利用断路器来分配电能，并保护电动机和电源线路。线路由35KV/0.4变压器，低压断路器额定短时耐受电流（Icw）满足：50kA3秒，地铁车站变电所所用的断路器有多种选型，按操作方式可分为电动操作、储能操作和手动操作三种，按结构划分，又可分为万能式和塑壳式断路器。通常，进线断路器和母联断路器采用万能式电动储能断路器的操作机构，操作机构的控制电源电压为：110VDC。

3.2 进线断路器欠压保护

在地铁车站变电所，为了防止低压电气的运行状态为欠压或缺相状态，通常都会为进线断路器配备欠压保护。一般而言，欠压保护功能的实现主要通过逻辑编程或欠压脱扣器来完成。如果额定工作电压下降了30&-65%，欠压脱扣器应进行动作。当电源电压不低于脱扣器额定工作电压的85%时，欠压脱扣器应能保证断路器处于闭合状态，当电源电压不足脱扣器额定工作电压的35%时，则应阻止断路器的闭合。欠压保护对断路器的动作可以瞬时进行，也可以延时进行，且延时的时间是可以调节的。正常状态下，欠压脱扣器应保持一定的工作电压，使得脱扣器的锁钩足以克服弹簧的作用力，而不致影响断路器的合闸。当电压降低到设定的范围时，脱扣器的锁钩就会复位，从而使得断路器能够跳闸而断开回路。

一般情况下，地铁车站变电所负责的配电范围往往较大，且具有较多的一级负荷，哪怕系统电压只是发生瞬间的波动，都有可能致使脱扣器动作，从而发生大面积停电的现象，由于脱扣器脱口后需要通过手动来恢复现场，也会延长恢复供电的时间，从而严重影响地铁的正常运行秩序。当前，欠压线圈一般只存在于AC相见，不能全面地防止缺陷保护，因而，可以在变电所中设置一套PLC，将电动操作机构配置到进线断路器中，以实现远方分合闸，利用智能仪表来收集三相线电压信号，并将其上传到PLC装置，比较实际的线电压与预定的线电压范围，如果母线电压的信号出现异常，利用延时来调节，延时按避免受到瞬间电压波动的影响，则将分闸指令发送到相应的进线断路器，并投入母联备自投，从而实现母联断路器的合闸。

3.3 进线断路器极数和智能仪表选型

当前，我国地铁车站往往采用的是380/220V三相四线制低压配电系统，整个车站设置一套综合接地装置，采用TN-S型式接地，接地电阻控制在1Ω内，且正常情况下处于绝缘状态。虽然，当电气设备的绝缘状态被破坏，而导致其金属外壳带电时，应对其进行可靠接地操作，这样即使中性线没有隔离，也能保持装置外导电部分与外露导电部分的电位水平Uf相同，由于没有电位差，也能防止检修人员与中性线接触时受到电击，但是，在同一个车站由两路不同电源供电，为避免形成杂散电流通路对敏感信息技术设备产生的干扰，因而，进线断路器和母联断路器常采用4P断路器。

在地铁车站的变电所中，当负荷容量较大时，应使所配置的智能仪表能采集电度量并可以上传到相关计量管理系统，从而简化对负荷的计量管理，并方便分析节能措施。

3.4 电流互感器选型

电流互感器的选择主要指的是数目与二次测电流这两个要素。电流互感器个数的选择与负荷的种类有关，如果是三相平衡负荷，则配置一个电流互感器即可，但如果是三相不平衡负荷，则通常要求三相各配置一个电流互感器。当前我国地铁的实际运行中存在严重的三相不平衡程序，因而一般配置三个电流互感器。

当负载存在较大的阻抗时，在容量相同的条件下，对于电流互感器允许接的二次阻抗而言，二次额定电流是1A的大于5A的电流互感器，且测量准确度更高。通常，可以通过直接测量法和电流矢量法实现进线断路器的接地故障保护。利用直接测量法来操作时，需在进线断路器上设4个电流互感器，当前，我国地铁车站在进线处一般配置4个电流互感器。

4 结束语

在选择地铁车站变电所电气元器件时，应综合各项因素，选择技术上可行、经济上合理的最优电气元器件选型，从而保障我国地铁运行的安全性和可靠性。

参考文献

[1]赵美君，张建军.地铁车站变电所电气元器件选型分析[J].低压电器，2010，（11）.

[2]张婷婷.低压配电设计变压器选型介绍[J].科技信息（科学教研），2008，（25）.