基于佛山地铁2号线中压供电系统的保护调试

中交机电工程局有限公司 赵神宝

35kV 供电系统在城市轨道交通供电系统中占有重要的地位，担负着电能的分配和传输任务，主要包括牵引供电、变配电和动力照明，提高继电保护的安全、可靠、稳定性，可为人们的安全出行和社会经济的发展提供更多的保障和支持。

佛山地铁2号线采用110/35kV 两级电压集中供电方式，全线设置2座110/35kV 主变电所、15座牵引降压混合变电所、5座降压变电所、6座跟随式降压变电所，全线共设四个供电分区，以中间站石梁为界，两座主所各供2个供电分区。外部电源一般设于地方变电所，是地铁系统受电的第一站，110kV 电源通过电缆沟、电缆廊道等电缆线路传输到110kV 主变电所，所内的GIS 高压进线间隔、主变压器、35kV 高压开关柜将110kV 高压电转换为35kV 中压电，通过中压供电网络向各变电所及沿线区间供电。

图1 佛山地铁2号线供电方式

1 调试前确认工作

2.1 现场条件

彻底清扫全部设备及设备室的灰尘、清除现场不需要的物品及其他专业材料，无可燃物。设备房内人孔盖板及爬梯施工完成，夹层电缆孔洞及设备房内其他孔洞封堵完成，设备房门防鼠板安装完成，最大程度消除设备带电运行安全隐患。

2.2 设备检查

设备基础预埋件浇筑完成，设备本体及相互间安装固定完成，所有设备标高满足图纸要求，直流设备、负极柜、整流器柜等设备绝缘性能满足要求；设备无损坏，零部件安装完毕，电缆接线端子、主母排和分支母排的连接螺母力矩符合安装标准，母排之间接触良好（一般以弹簧垫压平为准）；断路器小车推拉应灵活轻便，触头应接触紧密，手车与柜体的二次回路连接插件可靠，符合检修运营需求。

检查母线上、设备内无遗漏的工器具，图纸等其他物件；各设备厂家检查内部接线符合设计原理图及接线图，包括互感器的极性，隔离开关、断路器、接地刀闸等控制电源的正负极性等，确保所有接线无松动；机械闭锁和电气连锁装置动作应准确可靠，防止电气误操作的“五防装置”应齐全；所内具备可靠稳定的试验电源，各专业施工基本结束，具备调试条件。

2.3 馈电线路

检查电缆规格是否符合设计要求，预留电缆长度芯数是否满足设计及运营要求，电缆固定间距及挂牌位置数量应满足设计和运营检修的要求，绑扎牢靠且美观整洁，色相明显区分，显示正确。

2.4 单体调试

中压开关柜试验：机械特性和机械操作试验，闭锁功能试验，CT、PT 绝缘、变比、及伏安特性试验，SF6气体微水测试，回路电阻，主回路的交流耐压（继电器等控制回路中的电子元件不参与交流工频耐压试验），避雷器直流1mA 耐压试验、0.75直流耐压的泄露电流；变压器试验：分接头变比，绕组在不同抽头的直流电阻测定试验，绝缘电阻，绕组连同套管的交流耐压。

电缆试验：绝缘电阻，交流耐压；保护装置功能校验：串口设置正确，装置上电检查装置外观完整，显示正常，配置逻辑，调整参数；通过现场试验，检查开入开出准确对应变位；装置加电压电流，查看装置面板上显示的电压电流与实际加的电压电流显示一致。

3 联动调试

根据定值表，使用继电保护测试仪从二次回路中加入电流、电压等电量模拟各种保护具备报警或者跳闸的条件，验证每个定值的准确性，及设备功能是否与设计相符。

3.1 保护装置整定原则

光纤纵联差动保护：考虑到电压以及频率的影响，差动电流设定动作值需躲过外部短路时的差动不平衡电流及稳态充电电流；过电流或速断保护：保护装置的动作电流应躲过线路的最大过负荷电流；零序电流保护：保护装置的动作电流应躲过线路正常运行时最大不平衡电流；过负荷保护：过负荷装置的动作电流应躲过变压器的额定电流，动作时限应躲过允许的短时工作过负荷时间。

3.2 各开关柜保护分析

35kV 进出线开关柜：光纤纵联差动保护作为35kV 环网系统保护的主保护，当差动保护退出后，线路电流比较保护为第二主保护，电流加速段保护为后备保护，当P521光纤通道故障或者P143装置故障/失电时电流加速段保护投入，即线路区间主保护退出时的选择性保护[1]。母线电流比较保护作为变电所母线及开关设备的主保护，电流加速段保护、长期投入电流保护作为后备保护，零序电流保护提供欠电流定值及判断，为备自投提供进线无流依据。

以绿岛湖站进出线开关柜（电流互感器比值为600/1）为例，纵差保护动作电流Is1=0.2A、Is2=2A，动作参数k1=0.3、k2=1.5，联跳两侧开关柜；其余保护的动作电流、动作参数分别为：线路电流比较保护1.5A/0.4s，联跳两侧开关柜；电流加速段保护1.5A/0.6s，联跳两侧开关柜；母线电流比较保护1.5A/0.4s，进出线断路器跳闸、联跳出线和母联、联跳对侧断路器；长期投入电流保护1.5A/0.8s，进出线断路器跳闸。

35kV 母联开关柜：母线电流保护作为主保护，充电保护和过流保护作为后备保护。母线电流保护即母差保护是基于基尔霍夫电流定律，在母线正常及发生区外故障时，各线路流入母线的电流和与所有流出母线的支路电流和相等，向量和为零；当母线发生区内故障时电流会流向故障点，导致与该段母线连接的流入流出电流向量和不为零，形成电流差值，引起母联及进出线断路器跳闸，并闭锁进出线母线电流保护；光纤纵联差动亦会启动备自投。

充电保护就是给另一段母线供电，一般用于母线初次送电、运行母线向检修后或备用母线送电，送电时被送母线无其他负荷，其本身无电流，当合在了故障上时，流过母线断路器三者相电流中的任一项或零序电流大于整定值，经一定延时母联断路器跳闸，切除故障母线，非故障母线正常运行，故可用充电保护切除故障母线，当母线充电完成后充电保护退出运行。在充电保护投入时充电保护会去闭锁母差保护，以防母差用于故障母线时，母差动作跳开所有出线，扩大事故范围[2]。

在母联的保护中，一般只有过流保护、没有速断保护，当母线上某一馈线开关线路发生短路时与母线短路的短路电流基本上是一致的，如果母联设置速断保护，当馈线开关线路发生短路，母联速断保护会误动作，扩大停电范围。也正因为母联只有过流保护、没有速断保护，当母线上存在短路故障，靠母联的过流保护切除故障动作较慢，对设备极为不利，这就引入了充电保护。当发生故障时触发相应保护，经整定延时跳开母联断路器。以绿岛湖站母联开关柜（电流互感器比值为600/1）为例，不同保护的动作电流、动作时间分别为：母线电流保护1.5A/0.18s，母联断路器跳闸、闭锁两段进出母线电流保护；充电保护1.5A/0.2s，母联断路器跳闸；过流保护1.5A/0.6s，母联断路器跳闸。

35kV 馈线开关柜：以电流速断保护为主保护，快速切除馈出线至直流1500V 母线之间的短路故障，过流保护、断路器失灵保护为后备保护。在失灵压板投入的情况下，当主保护发出跳闸命令而断路器拒动时，通过保护设备的保护动作信息（断路器出口继电器触点闭合）与拒动断路器的电流（母联CT 的二次电流），构成断路器失灵保护，应用于连接到母线上的所有支路，分别为母联断路器、其他馈线断路器、进出线断路器，断路器失灵保护动作后，闭锁有关线路的重合闸。过负荷保护定值较低、延时长，主要用于负荷侧卡涩、转矩增大等故障，较长时间会导致线圈发热，进而动作于跳闸[3]。

以绿岛湖站整流变压器柜（电流互感器比值为100/1）为例，不同保护的动作电流、动作时间分别为：电流速断保护4.54A/0s，整流变压器柜跳闸；过流保护1.65A/0.2s，整流变压器柜跳闸；过负荷1段1.24A/15s，整流变压器柜报警；过负荷2段1.24A/60s，整流变压器柜跳闸；母线电流闭锁9A/闭锁进出线母线电流保护；断路器失灵保护联跳进出线和母联。

以绿岛湖站配电变压器柜（电流互感器比值为50/1）为例，不同保护的动作电流、动作时间分别为：电流速断保护8.37A/0s，配电变压器柜跳闸；过流保护1.89A/0.6s，配电变压器柜跳闸；过负荷保护0.63A/15s，配电变压器柜报警；母线电流闭锁动作电流18A，闭锁进出线母线电流保护；断路器失灵保护联跳进出线和母联。

3.3 中压供电保护在PSCADA 与综合监控之间的调试

SCADA 系统主要有变电所综合自动化、通信通道及调度主站系统三大部分组成。调度主站设在控制中心，以远动控制方式控制系统的正常运行，当检修设备系统时控制中心开具作业票，所内开具操作票，在SCADA 集中控制或设备本体就地控制，三级控制方式之间相互闭锁；变电所综合自动化系统是对供电系统中的主变电所、牵引降压混合混合变电所、降压变电所的供电设备、接触网电动隔离开关等设备通过所内通信网络实现进行控制和监视、通过信号和数据采集、反馈，随时了解线路供电设备的情况，并及时做出判断，减小事故范围，调试主要分为遥测、遥控、遥信。

遥测：能在PSCADA 实时查看开关设备的运行参数、温度、三相电流、电压、功率，数值应与柜子上综合自动化监测装置采集的数据一致；遥控：在PSCADA 操作屏上都能正常控制每个柜子的信号复归、断路器分合、隔离开关分合、备自投的投入；遥信：即状态量的开入信号，是为了将开关、刀闸等位置信号上传到监控后台，包括开关状态、设备告警信号、保护跳闸信号等，并通过SOE详细记录动作的先后顺序及准确时间。