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摘要：变电所400V开关柜是轨道交通供电系统的重要组成部分，主要作用是分配和输送电能。本文以苏州轨道交通一号线400V开关柜为例，介绍了其自动化设计方案，并对该技术方案进行了分析，提出了改进措施。
关键词：变电所 400V 自动化设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、苏州轨道交通一号线供电系统概述
苏州轨道交通一号线供电系统为一号线所有的牵引、动力、照明等用电负荷提供电能，它采用110/35kV两级电压制的集中供电方式，全线共设苏州乐园、星塘街2座110kV主变电站，每座主变电站设2路110kV进线。一号线全线有24座车站、一个车辆段、一个控制中心，共设置了6个35kV环网分区、9座35kV牵引降压混合变电所（牵引降压混合变电所为牵引变电所和降压变电所合建）、17座35kV降压变电所。
二、变电所交流400V开关柜自动化设计
一号线降压变电所设两台动力变压器，分别接于交流35kVⅠ、Ⅱ段母线上，含跟随所时，跟随所内动力变压器也分别接在两段母线上；降压变电所将35kV降压为交流400V供用电负荷使用，400V母线也采用单母线分段接线方式，见图1。正常情况下，动力变ST1、ST2通过进线开关401、402分别给400VⅠ、Ⅱ段母线供电，母联开关400处于分位，三类负荷总开关411、412处于合位，母联自投、进线自复功能投入。401、402、400、411、412断路器均采用框架式断路器。
图1 降压所400V主回路示意图
由于变电所是按照无人值班设计的，因此变电所自动化的设计尤为重要。下面简单介绍一下一号线400V开关柜的自动化设计方案：
1、遥控、遥信、遥测
电能数据信息（包括电流、电压、电能等）、状态信息、参数设置等由框架断路器的MODBUS通讯模块采集，通过现场总线通讯方式上传至SCADA通讯系统。SCADA通过框架断路器的MODBUS通讯模块下发控制命令，再由通讯模块输出点控制开关的分合闸。
2、备自投方案
2.1备自投方案的组成
400V开关柜的备自投方案由进线开关（401、402）、母联开关（400）和三级总负荷开关（411、412）组成。
2.2备自投方式的选择
在母联开关上设“进线自复/进线非自复”、“母联自投/母联非自投”两把非自复型转换开关，共有以下几种工作模式：
（1）自投自复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至“进线自复”位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联自投”位。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，母联开关延时后合闸。当断电的电源恢复，母联开关自动断开，之后该电源进线开关自动合闸。
（2）自投手复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至进线非自复位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联自投位”。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，母联开关延时后合闸。当断电的电源恢复，需手动断开母联开关，并手动合上分闸的进线开关。
（3）手投手复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至进线非自复位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联非自投位”。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，此时母联开关需手动合闸。当断电的电源恢复，需手动断开母联开关，并手动合上分闸的进线开关。
三、存在问题及改进措施
一号线400V开关柜经过一段时间使用，发现了一些问题，下面对这些问题进行分析并提出了改进措施：
1、进线开关欠压脱扣可进一步优化。
一号线欠压脱扣保护采用的是固定延时，时间仅80ms且不可调，当电网电压波动时容易误动作。2012年3月，一号线曾发生过一次110kV侧电压短暂波动现象，导致部分变电所400V进线开关跳闸，影响了供配电。为了防止主供电系统电压的短暂波动导致400V进线电源开关欠压脱扣保护误动跳闸，主供电源开关的欠压线圈最好带延时功能(欠压脱扣线圈+可调延时单元)。
2、三类负荷总开关应设置选择开关。
考虑到35kV侧运行方式的变化（如一台110kV主变压器退出运行，由同一主变电站的另一主变压器负责原两台主变供电范围内的负荷供电），为保证一、二类负荷的供电，三类负荷总开关411、412在一段进线分开后会自动分闸，在ST1、ST2恢复正常供电后，需人工将411、412恢复送电。鉴于在轨道交通运行初期，单台主变压器容量负荷率一般低于40%，因此单台主变压器容量可以满足两台主变压器全部供电负荷的需要，鉴于此情况，411、412开关可设置在401、402恢复供电后自行恢复供电的功能，以尽可能的减少三类负荷的停电时间，提高供电质量。从长远考虑，该功能可设置“投入/退出”选择开关，便于用户根据负荷情况灵活掌握。
3、闭锁回路需进行优化。
由于400VⅠ、Ⅱ段進线可能来自不同的电源，故正常情况下不允许合环运行，即401、402、400三个开关最多只能有两个开关同时处于合闸位。为避免因操作人员失误导致系统合环运行，三个开关的操作回路均设置有闭锁功能。如图所示，401的操作电源1L1、1N1取自其进线端，即动力变压器ST1低压侧，2ZK、3ZK分别是402、400开关的常闭接点，当操作电源失电时，欠压线圈F3动作，使进线开关401跳闸。从该图中可以看出，当402在合位时，若将母联开关400摇至隔离位（开关一、二次回路均断开连接），401的欠压线圈会因欠压而动作，从而导致401开关分闸；同理，将402、400同时拉至隔离位，也会引起401的欠压线圈动作，导致401开关分闸。实际工作中，操作400、402开关时，401其实并无必要分闸，故其属于误动作。很明显是设计原因造成开关误动作，其并没有考虑其它开关在隔离位时对欠压线圈的影响，故运营人员在操作相应开关时应注意其它开关的位置，防止误动作。
实际上，我们至少可以有两种方法对401、402开关的操作回路进行改造，方法之一是将欠压线圈F3的接入点前移，移至联锁接点之前；方法之二是在401、402、400开关的隔离位置处装设行程开关，将其常开信号接点和开关本身的常闭接点一起并入相关开关的联锁回路。
图3 401开关控制回路示意图
总之，虽然与高压系统相比，400V开关柜的自动化设计并不复杂，实现起来也比较简单，但依然存在一定的优化空间，需要设计人员根据运营实际，不断完善，以提高供电质量及自动化水平。
参考文献
[1] 城铁低压配电系统运行方式中的自投自复原理，2005，韩连祥。
关键词：变电所 400V 自动化设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、苏州轨道交通一号线供电系统概述
苏州轨道交通一号线供电系统为一号线所有的牵引、动力、照明等用电负荷提供电能，它采用110/35kV两级电压制的集中供电方式，全线共设苏州乐园、星塘街2座110kV主变电站，每座主变电站设2路110kV进线。一号线全线有24座车站、一个车辆段、一个控制中心，共设置了6个35kV环网分区、9座35kV牵引降压混合变电所（牵引降压混合变电所为牵引变电所和降压变电所合建）、17座35kV降压变电所。
二、变电所交流400V开关柜自动化设计
一号线降压变电所设两台动力变压器，分别接于交流35kVⅠ、Ⅱ段母线上，含跟随所时，跟随所内动力变压器也分别接在两段母线上；降压变电所将35kV降压为交流400V供用电负荷使用，400V母线也采用单母线分段接线方式，见图1。正常情况下，动力变ST1、ST2通过进线开关401、402分别给400VⅠ、Ⅱ段母线供电，母联开关400处于分位，三类负荷总开关411、412处于合位，母联自投、进线自复功能投入。401、402、400、411、412断路器均采用框架式断路器。
图1 降压所400V主回路示意图
由于变电所是按照无人值班设计的，因此变电所自动化的设计尤为重要。下面简单介绍一下一号线400V开关柜的自动化设计方案：
1、遥控、遥信、遥测
电能数据信息（包括电流、电压、电能等）、状态信息、参数设置等由框架断路器的MODBUS通讯模块采集，通过现场总线通讯方式上传至SCADA通讯系统。SCADA通过框架断路器的MODBUS通讯模块下发控制命令，再由通讯模块输出点控制开关的分合闸。
2、备自投方案
2.1备自投方案的组成
400V开关柜的备自投方案由进线开关（401、402）、母联开关（400）和三级总负荷开关（411、412）组成。
2.2备自投方式的选择
在母联开关上设“进线自复/进线非自复”、“母联自投/母联非自投”两把非自复型转换开关，共有以下几种工作模式：
（1）自投自复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至“进线自复”位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联自投”位。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，母联开关延时后合闸。当断电的电源恢复，母联开关自动断开，之后该电源进线开关自动合闸。
（2）自投手复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至进线非自复位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联自投位”。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，母联开关延时后合闸。当断电的电源恢复，需手动断开母联开关，并手动合上分闸的进线开关。
（3）手投手复
该模式下，“进线自复/进线非自复”转换开关应切至进线非自复位，“母联自投/母联非自投”转换开关应切至“母联非自投位”。
当401、402任意一路进线开关的电源侧出现断电，该开关欠压线圈延时80ms后动作，断路器自动跳闸，411、412自动分闸，此时母联开关需手动合闸。当断电的电源恢复，需手动断开母联开关，并手动合上分闸的进线开关。
三、存在问题及改进措施
一号线400V开关柜经过一段时间使用，发现了一些问题，下面对这些问题进行分析并提出了改进措施：
1、进线开关欠压脱扣可进一步优化。
一号线欠压脱扣保护采用的是固定延时，时间仅80ms且不可调，当电网电压波动时容易误动作。2012年3月，一号线曾发生过一次110kV侧电压短暂波动现象，导致部分变电所400V进线开关跳闸，影响了供配电。为了防止主供电系统电压的短暂波动导致400V进线电源开关欠压脱扣保护误动跳闸，主供电源开关的欠压线圈最好带延时功能(欠压脱扣线圈+可调延时单元)。
2、三类负荷总开关应设置选择开关。
考虑到35kV侧运行方式的变化（如一台110kV主变压器退出运行，由同一主变电站的另一主变压器负责原两台主变供电范围内的负荷供电），为保证一、二类负荷的供电，三类负荷总开关411、412在一段进线分开后会自动分闸，在ST1、ST2恢复正常供电后，需人工将411、412恢复送电。鉴于在轨道交通运行初期，单台主变压器容量负荷率一般低于40%，因此单台主变压器容量可以满足两台主变压器全部供电负荷的需要，鉴于此情况，411、412开关可设置在401、402恢复供电后自行恢复供电的功能，以尽可能的减少三类负荷的停电时间，提高供电质量。从长远考虑，该功能可设置“投入/退出”选择开关，便于用户根据负荷情况灵活掌握。
3、闭锁回路需进行优化。
由于400VⅠ、Ⅱ段進线可能来自不同的电源，故正常情况下不允许合环运行，即401、402、400三个开关最多只能有两个开关同时处于合闸位。为避免因操作人员失误导致系统合环运行，三个开关的操作回路均设置有闭锁功能。如图所示，401的操作电源1L1、1N1取自其进线端，即动力变压器ST1低压侧，2ZK、3ZK分别是402、400开关的常闭接点，当操作电源失电时，欠压线圈F3动作，使进线开关401跳闸。从该图中可以看出，当402在合位时，若将母联开关400摇至隔离位（开关一、二次回路均断开连接），401的欠压线圈会因欠压而动作，从而导致401开关分闸；同理，将402、400同时拉至隔离位，也会引起401的欠压线圈动作，导致401开关分闸。实际工作中，操作400、402开关时，401其实并无必要分闸，故其属于误动作。很明显是设计原因造成开关误动作，其并没有考虑其它开关在隔离位时对欠压线圈的影响，故运营人员在操作相应开关时应注意其它开关的位置，防止误动作。
实际上，我们至少可以有两种方法对401、402开关的操作回路进行改造，方法之一是将欠压线圈F3的接入点前移，移至联锁接点之前；方法之二是在401、402、400开关的隔离位置处装设行程开关，将其常开信号接点和开关本身的常闭接点一起并入相关开关的联锁回路。
图3 401开关控制回路示意图
总之，虽然与高压系统相比，400V开关柜的自动化设计并不复杂，实现起来也比较简单，但依然存在一定的优化空间，需要设计人员根据运营实际，不断完善，以提高供电质量及自动化水平。
参考文献
[1] 城铁低压配电系统运行方式中的自投自复原理，2005，韩连祥。