广州地铁110 kV主变电所供电可靠性研究

周大林，庞开阳

广州地铁110 kV主变电所供电可靠性研究

周大林，庞开阳

介绍了广州地铁110 kV主变电所的运行状况，以及主变电所所级分类及外电源接入要求。以外网电压波动对地铁运行造成的影响为切入点，分析主所运行由于设备检修、试验、设备异常等原因引发的风险。在充分考虑各种因素的情况下，从设计、建设角度出发，与供电局电网改造规划进行协调，同时针对设备日常检修、线网改造规划，风险管理、风险评估，应急机制的建立等方面提出了应对措施。

110 kV系统；主变电所；可靠性

0 引言

广州地铁目前开通运营9条线路，共计260.5 km，164座车所，线网共有广和、金山、大坦沙等14座主变电所（下文简称主所）运行。随着既有线设备运行时间的增长以及将来各条新线开通，地铁主所线网模式运作后，如何保障既有线路安全运行以及新线外部110 kV供电系统接入质量是目前面临的重大课题。

1 广州地铁110 kV主变电所总体概况

1.1 已投产主变电所供电线路性质及容量统计

广州供电局对地铁110 kV供电线路分为专用线路、T接临时线路和T接永久线路。各主变电所接线方式如下：坑口主变电所为2回110 kV 专用线路（芳坑甲线、芳坑乙线）；瑶台主变电所为2回110 kV T接线路（嘉瑶线、嘉集线瑶台支线）；金山主变电所为1回110 kV 专用线路（城金线）；燕岭主变电所为1回110 kV T接线路（麒五岭线，同时T接至五山主所），1回110 kV专用线路（麒岭线）；大坦沙主变电所为1回110 kV专用线路（泮大线），1回110 kV T接线路（涌泮线大坦沙支线）。

1.2 地铁线网已运营主变电所正常运行方式

运行方式一：110 kV母联开关100、33 kV母联开关300（300 A、300B）断开热备用，2台主变压器（下文简称主变）分裂运行。这样运行的主所有广和、河南等，如图1所示。

运行方式二：110 kV侧没有母联开关，33 kV母联开关300断开热备用，2台主变分裂运行。这样运行的主所有兴业、鱼珠等，如图2所示。

运行方式三：110 kV母联开关100在合位，2#主变空载运行，2#主变低压侧开关302、33 kV母联开关300断开热备用。这样运行的主所有金山、庆盛等（图同运行方式一）。

2 系统运行风险分析

2.1 基于问题的风险分析

目前广州地铁除了1个变电所接入佛山市电网运行（海五路）外，其他13个变电所均接入广州市电网运行，主要分布在广州电网的中部、南部和北部。电网风险评估主要分为基准风险（正常方式下较长时间内存在的风险）和基于问题的风险（设备检修、试验、设备异常等原因引发的一段时间内存在的风险）。重点是基于问题的风险，主要有：

（1）双回供电的变电所线路检修时，存在仅单回线路供电的风险。

（2）220 kV变电所220 kV或110 kV母线检修时，存在运行母线故障全所失压的风险（河南所、兴业所等）。

（3）220 kV变电所主变检修时，存在运行主变故障全所失压的风险。

（4）220 kV线路检修时，存在运行线路故障全所失压的风险。

（5）运行方式改变时，存在供电可靠性降低的风险。

图1 广和主所主接线示意图

图2 兴业主所主接线示意图

2.2 电网电压波动对地铁运营造成的风险

地铁内部设备会因为外网电压波动造成动力设备断电、引起服务质量下降等后果：

（1）电扶梯突然跳停，需人工检查复位，易造成人员伤害。

（2）车站照明闪烁或熄灭，部分需人工复位，舒适度降低。

（3）冷水机组退出运行，影响车所温度，舒适度降低。

（4）供电设备及其他设备供电质量下降，影响其他设备运行状态及寿命。

（5）自动售检票闸机扇门常开，影响客运服务。

（6）信号设备无法工作，影响行车组织。

例如： 2011年8月15日，由于部分主所两路电源波动，导致二号线北延段6个车所全所失压，扶梯跳停，事故照明投入，冷水机组停机，车站闸机扇门常开，部分区段信号受到影响采取小交路运行。

3 建立线网主所故障应急管理机制

根据地铁线网运行方式特点，按照单台主变或单路进线电源故障、单个主所全所停电、多个主所故障分类建立应急处理运行方案。同时对于电网波动、故障等信息，要求电调及时将准确影响所点通报值班主任。各单位必须建立和完善相应的应急预案，定期演练，提升各检修、运营服务人员的应急处理水平。

3.1 单台主变或单路进线电源故障的应急处理

以坑口主所芳坑甲线或1#主变故障为例，应急运行方案为退出芳坑甲线及1#主变运行，合上公园前33 kV联络开关越区供电。

3.2 单个主所全所停电的应急处理

以坑口主所设备故障，全所退出为例，应急运行方案为退出坑口主所运行，合上公园前33 kV联络开关越区供电。

3.3 多个主所故障的应急处理

以瑶台、榕景主所故障退出运行为例，应急运行方案为退出瑶台、榕景主所运行，改由望岗、河南主所共同向二号线、八号线供电。

4 主变电所等级分类及接入外网要求

4.1 主变电所重要等级分类

对主变电所重要等级分类以供电线路的数量为主要原则。

一级主变电所：向3条及以上供电线路及其他重点线路供电的主变电所划分为一级主变电所。

二级主变电所：向2条及以上供电线路及其他重点线路供电的主变电所划分为二级主变电所。

三级主变电所：除一级、二级以外的主变电所划分为三级主变电所。

4.2 主变电所外部电源接入方案

按照《地铁设计规范》相关规定，供电系统中的各种变电所均应有2个电源，这2个电源可以来自不同变电所，也可来自同一变电所的不同母线。主变电所进线电源应至少有一个为专线电源。

结合主变电所重要等级分类，主变电所外部进线电源在满足规范要求的前提下，对于不同重要等级主变电所，外部电源应至少满足以下要求：

一级主变电所，两回外部进线电源应来自不同片网220 kV变电所；

二级主变电所，两回进线电源均为独立专线，不允许T接线路；

三级主变电所，两回进线电源中至少一回为专线线路，不允许两回进线均为T接线路。

根据分类原则，属于一级主变电所有河南主所；二级主变电所有瑶台、庆盛主所；三级主变电所有广和、坑口、五山主所。不符合外电源接入要求的有瑶台、五山、鱼珠、燕岭、望岗主所。线网支援供电模式图略。

5 应对措施

分析广州地铁运营线路110 kV供电系统总体情况，28回110 kV进线中有10回是T接线路，占总量35.71%，其中还有2回进线未投运，占总量的7.14%，因此整个广州地铁运营线路的110 kV供电系统风险较高。

5.1 从系统源头提高110 kV供电可靠性措施

从系统源头提高110 kV供电可靠性，其重点在于完善电网结构，110 kV电源接入方案的调整，以及投运线主所的改造，解决单电源、多所同电源、链式供电，提高地铁变电所的供电可靠性。

地铁设计、建设、运营三方共同与供电局设计单位、市场营销、系统运行等部门建立互联互通机制，将运营T接临时线路、T接永久线路按风险等级分类，纳入供电局大电网改造的规划中，预留地铁专用供电间隔，逐步将其改造为永久专用线路，切实降低同塔双回线路、主变重过载，错峰或运行方式调整困难、事故限电等风险。在建线路和新线设计时若有T接线路也争取能变更为专用永久线路，表1和表2分别为运营T接线路改造需求及运营未投运线路情况统计。

表1 运营T接线路改造需求表

表2 运营未投运线路情况统计表

目前，部分运营主变电所均为2回T接，尚未达到不同重要等级主变电所分类后的外部电源要求；同时有2回未投运线路，眼前最为急迫的是瑶台、望岗主所的改造需求，因其均属广州供电局北部片网，较薄弱，且外部故障时网压波动情况突出。

运营总部已将改造需求和未投运所的情况提交外部电源设计单位及供电部门协调落实，对接入方案进行调整，加快未投运线路的建设，满足不同重要等级主变电所的供电可靠性要求。

5.2 加强电网供电可靠性监控

（1）电缆、架空线的巡视。根据广州地铁《供电设备维修规程GDY/QW-JG-GD-01》等规程，除了加强地保工作监督力度，还要求设备部门做好110 kV电缆、架空线的日常巡视，防止外部原因含人为及自然环境因素破坏。例如天气恶劣等情况使架空线遭遇异物引起相间短路等，降低地铁110 kV进线电源失压风险。

（2）地铁加强检修、综合停电管理，制定年、月度停电计划。根据广州地铁《供电设备维修规程GDY/QW-JG-GD-01》的巡视检修周期及标准，加强检修，优化110 kV供电设备（电缆、GIS、主变等）的检修试验项目、巡视检修周期，做到110 kV线路停电检修计划与供电局的检修计划配合，减少停电次数，提高供电可靠性。

5.3 关键设备的预防性试验及在线检测

依据国家、行业所颁布的有关法律法规和规程规定对110 kV供电系统设备（如110 kV电缆、110 kV GIS、110 kV/33 kV主变压器等关键设备）进行预防性试验及在线检测，发现设备隐患，及时处理。

5.4 加强保护整定值和变电设备自投功能维护

在线网运作模式下，除1#线外各线路主所都是支援供电，系统运行方式多样，特别是在供电局线路停电检修、地铁主所停电检修、外部或内部故障时，系统的保护匹配、备自投功能非常重要，需防止故障情况的配合不当，扩大影响范围。

（1）加强110 kV高压输配电保护配置、33 kV中压输配电保护配置与400 V低压配电的保护配置的维护管理。

（2）对于各电压等级变电设备自投功能的设置，时间配合等日常功能验证试验，以防出现上下级不匹配的情况。

5.5 保护接口设计

设计单位做好110 kV供电系统接口保护整定设计，合理设置供电分区、保护计算配置。在广州地铁110 kV供电系统中，考虑动作时限的配合，主变电所内110 kV进线保护、110 kV桥开关保护、主所变压器保护与对应供电局220 kV变电所的保护配置计算需统筹考虑。

5.6 应急管理

完善故障应急管理机制，从应急预案、应急演练、风险评估、人员培训、应急物资配套等全面考虑，加强保障力度。

6 结语

综上所述，为保障既有线路安全运行以及新线外部110 kV供电系统接入质量，应从设计、建设、运营角度系统分析，与供电局电网改造规划协调，从系统源头提高110 kV供电可靠性，其重点在于完善电网结构，解决单电源、多所同电源、链式供电。同时加强设备日常检修、线网改造规划，风险评估、应急管理能力建设，以全面提升和保障广州地铁110 kV供电系统的可靠性。

[1] GB 50157-2003 地铁设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003.

[2] 金辉.地铁主变电所110 kV侧电气主接线的选择[J].电气技术，2011，（7）：90-91.

[3] 李光琦. 电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4] 广州市地下铁道总公司.广州轨道交通六号线大坦沙主变电所110 kV GIS设备招标[G].广州，2011.

[5] 刘振亚. 110 kV输电线路分册/国家电网公司输变电工程典型设计[M].北京：中国电力出版社，2010.

It introduces Guangzhou Metro 110 kV main substation, and the main substation level classification and external power connection requirements. Influence of the net voltage fluctuation caused by the subway operation as the breakthrough point, analysis of main operation risk due to equipment maintenance, testing equipment ,the abnormal and other reasons. In consideration of various factors, starting from the design, construction, in coordination with the planning of Power Supply Bureau, at the same time inputs forward corresponding measures such as equipment maintenance, network planning, risk management, risk assessment, and emergency mechanism establishment.

110 kV system; main substation; reliability

U224.2

B

1007-936X(2014)04-0035-04

2014-03-05

周大林.广州市地下铁道总公司运营总部，工程师，电话：020-83106069；

庞开阳.广州市地下铁道总公司运营总部，高级工程师。