地铁供电系统环网供电技术的应用研究

2020-06-12王江平

商品与质量 2020年8期

王江平

兰州市轨道交通有限公司运营分公司甘肃兰州 730030

在地铁整个运行系统中，动力照明供电系统是极为重要部分，该系统主要由0.4kV环控电控室、35/0.4kV降压变电所、接地系统以及照明配电系统等多个部分组合而成。主要目的在于控制交流电压，使整体照明设备电压平稳运行，进而保障地铁系统维持正常运行。

1 地铁供电系统的特点

地铁供电系统多采用双环网接线，多个变电所链接成1个供电分区，每个供电分区从110kV主变电所引入2路电源。集中供电方式下的供电系统与城市电网相对独立，继电保护配合较少，运行方式调整方便。但是为避免电磁合环造成事故，35kV供电系统只能开环运行，这意味着供电系统运行大、小方式相同（主变电所解列除外），继电保护整定相对简便。1个供电分区的变电所少则3-5个，平均距离在3km以内，供电半径短、保护级数多，对继电保护的配置及整定造成困难。

图1 双环网供电系统示意

2 地铁供电方式选择依据

2.1 分散供电

分散供电方式指的是根据地铁运行过程中的不同环节所需要的电量，在地铁沿线多设置开闭所，保证每个开闭所都有城市的电力供电系统作为保障，从而确保地铁整个运行过程中的用电需求。分散式供电方式的最主要优势是可以确保每一个开闭所供电的稳定性。不同的开闭所在独立工作的过程中，只负责自己区域的供电，可以保证供电系统的可靠性以及稳定性。相邻的开闭所之间出现供电故障时，开闭所可能会形成串联电路，可以为相邻的地铁线路提供供电需求，能够进一步确保地铁供电系统的稳定性以及可靠性。利用分散式供电方式可以利用多个开闭所形成具有较强协调性的电力系统[1]。

2.2 供电系统接地方式的选择

供电系统接地方式的选择，亦是市域地铁供电系统的一大难题。一般系统接地分中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地及中性点经低电阻接地3种方式。当系统单相接地故障电容的电流不大于10A时，应采用不接地系统；当系统单相接地故障电容电流不大于150A时，可采用中性点经低电阻接地方式或中性点经消弧线圈接地方式；当系统单相接地故障电容电流大于150A时，宜采用中性经低电阻接地方式。明确接地方式后，在设计过程中需计算的中性点经低电阻接地的接地变压器容量是不可忽略的一个重要参数。根据相关规范规定，市域地铁低电阻接地方式的接地电阻按单相接地电流不大于400A考虑，接地变压器容量按照IEEE-C62.92.3标准规定的变压器10s的允许过载系数为额定容量的10.5倍计算，由于通过接地变压器中性点的短路电流为400A，流过接地变压器各相绕组的短路电流为133A，则通过计算得到接地变压器的短时容量为4849.6kVA，额定容量为462kVA，故选用500kVA接地变压器[2]。

2.3 定时限过电流保护

通常配置光纤电流差动保护作为线路的主保护，它能综合反应线路两端的电气量变化，瞬时切除本线路全长范围内的短路，但它不能反应相邻线路上的短路，不能作相邻线路的后备保护。定时限过电流保护作为本线路的近后备保护及相邻线路的远后备保护，按躲最大负荷电流整定，所以它的灵敏度较高，保护范围大。相应的上下级定时限过电流保护只能依靠时间级差配合实现有选择性地切除故障。以图2中的B-F变电所的供电分区为例，保护0、1、3、5、7、9、11的定时限过电流保护动作时间应相配合。若保护11保护的元件是整流变压器，就不需要与下一级保护相配合，其定时限过电流保护的动作时间可整定为0.3s。若保护11保护的元件是动力变压器，就需要与0.4kV进线断路器的短延时过电流保护相配合，通常0.4kV断路器动作切除故障时间约0.1s，则0.4kV分段、进线断路器的短延时过电流保护的动作时间分别整定为0.1s、0.2s，考虑保障动作的可靠性，保护11的定时限过电流保护的动作时间整定为0.4s。相应的保护0、1、3、5、7、9的定时限过电流保护动作时间分别整定为 2.2s、1.9s、1.6s、1.3s、1.0s、0.7s，作为母线主保护及线路远后备保护的保护0切除故障时间大于2s。国家电网公司十八项电网重大反事故措施规定：“当短路电流大于变压器热稳定电流时，变压器保护切除故障的时间不宜大于2s”[3]。