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【摘要】随着现代城市规模的不断发展,汽车的不断增多,城市交通压力不断增大,城市地铁不断投入开发和投入运营,本文笔者就地铁车站低压交流系统,谈谈系统电源瞬时失压对地铁供电的影响及解决方法。
【关键词】地铁电气;系统电源;瞬时失压;自投自复
1.问题的提出
地铁车站低压交流系统虽然只是地铁供电系统的一小部分,但它对各个地铁车站供电的可靠稳定运行却起到重要的作用。它担负着地铁车站站厅、站台、出入口照明及电扶梯等二级负荷和广告照明、冷水机组等三级负荷的供电。当低压交流系统电源长时间失电时,地铁车站的二级、三级负荷部分失电,对地铁运营的正常服务和生产秩序产生较大影响,这些问题已严重威胁地铁运营的安全和稳定运行。因此,务必解决低压交流电源瞬时失压,低压进线开关失压跳闸后,母联能自动投入,(瞬间恢复来电时)该路低压开关能自动恢复的问题。国内某地铁采取集中式供电方式,地铁110KV主变电站分别从电力系统中引入2条110KV电力线路,向地铁全线相关供电分区供电。当外部电力系统110KV高压线路(如遭到雷击)发生故障跳闸时, 地铁主变电站110KV一路进线电源瞬间失压。然而当外部电力系统110KV高压线路具备重合闸功能,故障瞬间出现并消失后,外部电力系统110KV高压线路重合闸成功(瞬间恢复供电)。而地铁系統在供电过程中,出现主变电站110KV进线电源瞬间失压,造成相应的地铁车站低压进线开关失压跳闸,地铁车站的母联开关不能投入。外部电力系统重合闸成功瞬间恢复供电后,低压开关也不能自复,使地铁车站部分供电设备失电,地铁车站内部分照明、空调、广告照明、电扶梯等停电故障。由于外部电力系统瞬间失压引起的车站低压交流母线失压多次发生,为保障地铁运营的安全及正常生产秩序,为此,要求尽快查清原因,及时予以整改。
2.系统电源失压的影响
地铁车站低压交流系统运行方式采用低压交流系统主接线为分段单母线,设有母线分段开关。附图2为进线和母线分段开关一次接线图。进线开关1QF、2QF和母线分段开关3QF之间设有联锁,严禁2个进线开关和母线分段开关同时合闸。进线和母线分段开关为就地、远方(控制中心)两级手动控制,并具有“失压自投、过流闭锁、来电自复”功能。以发生的一次系统电源失压事件为例,分析其对车站设备的影响。图3是车站低压配电系统图,结合图2、图3,当进线电源1发生瞬时失压时,通过该进线电源供电的A、B、C、D四个车站的一段母线失电,此时,这几个车站的站厅、站台、出入口照明部分失电,由该线路供电的电扶梯停运,全部广告照明停电,冷水机组全部停运。
图2380V一次接线图
图3 车站低压配电系统图
3. 原因分析
3.1 线路瞬时失压原因
经检查,地铁车站低压交流系统失压是因为外部电力系统220KV变电站架空输电线路因雷击发生跳闸,导致地铁主变电站110KV线路进线电源1瞬时失压,从而引起地铁车站低压交流系统失压。外部电力系统220KV变电站架空输电线路雷击故障消除并瞬间重合闸成功后,使110KV高压线路瞬时闪络,查看故障录波数据,其持续时间仅180ms左右。
要进一步分析低压交流系统失压的故障原因,首先介绍地铁对于供电负荷的一个设计原则:“低压配电系统自投自复的运行方式。”
3.2 母联自投不动作及进线开关不能自复的根本原因分析
参考图3、图4、。当外部高压系统出现小于1秒的波动时(瞬时失压后即来电),进线开关1正常跳闸,但不能自复。从图3可以看到,低压进线开关1失压跳闸后,母联开关应该动作合闸,其判断的依据是通过PMC915的智能测控装置,测试母线是否失压来实现。在进线开关1完全分闸后,如果再来电,其自复的逻辑是,母联开关必须分闸。即判明进线电源有电后,母联断路器分闸,失压跳闸的断路器自复。根据现场调查及查阅SCADA遥信信息,发生以上事件时母联断路器并没有动作,这就是导致车站的部分二级负荷失电的主要原因!
以下分析为什么母联断路器没有动作。
图4 进线开关1控制回路图
图4中,进线开关的失压脱扣YU是瞬时动作的,因此发生失压的瞬间,该进线开关立即跳闸,动作的时间就是失压脱扣装置及开关的固有动作时间。由于瞬间又来电,从录波看只有180ms,这么短的时间,因PMC915判断失压的逻辑是测试出进线无压持续时间大于1s后输出执行指令,这样母联断路器根本来不及动作。而开关的合闸线圈YC在进线电源得电后也动作,此时,因机械运动存在时间问题,YU尚未完全复位,造成该进线开关的合闸机构动作时间冲突,从而导致分进线开关不能自动合闸。
这样,当一路进线瞬时失压导致相应低压线路瞬时失压后,低压母联断路器来不及动作,该低压进线开关失压又得电后因动作时间的冲突导致执行机构无法正确动作也不能合闸,使得挂接在该回路的所有低压负荷均失去供电,因而必须在原回路增加自投回路。
3.3改进后的原理及要求
改进后的原理如图6所示,其原理如下:合闸线圈和失压脱扣器共用同一操作电源,并且不管时间长短当外部电源恢复后,开关应自动闭合,因此,关键是在失压脱扣器得到失压动作信号到合闸线圈得电闭合之间必须有一个延时,这个时间大概在80ms左右(也就是YU和开关的固有动作时间。)
具体办法是:将进线开关的失压脱扣装置YU引一对常开触点NO到时间继电器1KT处,从而使YU动作时间与YO动作时间有大于80ms的延时,即YU完全动作后才能启动时间继电器1KT,这样,当发生瞬时失压时,瞬间的失电和马上恢复来电,YU和YO都能正确地输出动作逻辑,使开关正确动作,消除了因瞬时失电-瞬时来电过程中因执行机构冲突而导致的进线开关拒动作,以最小的代价消除了隐患。
4. 结束语
以上进线控制电路图虽看似简单,但因为忽视了实际有可能发生的工况,使得系统运行出现了问题。因此,对于地铁供电系统,由于其负荷类型多,对运营服务的影响大,设计时须充分考虑各种非正常工况,确保可靠供电。
参考文献
[1]国家电力公司东北公司,辽宁省电力有限公司.电力工程师手册[M]中国电力出版社,2002
[2] 王美云, DW15万能式断路器自动投合的设计应用[J] 大众用电 2007(12)
【关键词】地铁电气;系统电源;瞬时失压;自投自复
1.问题的提出
地铁车站低压交流系统虽然只是地铁供电系统的一小部分,但它对各个地铁车站供电的可靠稳定运行却起到重要的作用。它担负着地铁车站站厅、站台、出入口照明及电扶梯等二级负荷和广告照明、冷水机组等三级负荷的供电。当低压交流系统电源长时间失电时,地铁车站的二级、三级负荷部分失电,对地铁运营的正常服务和生产秩序产生较大影响,这些问题已严重威胁地铁运营的安全和稳定运行。因此,务必解决低压交流电源瞬时失压,低压进线开关失压跳闸后,母联能自动投入,(瞬间恢复来电时)该路低压开关能自动恢复的问题。国内某地铁采取集中式供电方式,地铁110KV主变电站分别从电力系统中引入2条110KV电力线路,向地铁全线相关供电分区供电。当外部电力系统110KV高压线路(如遭到雷击)发生故障跳闸时, 地铁主变电站110KV一路进线电源瞬间失压。然而当外部电力系统110KV高压线路具备重合闸功能,故障瞬间出现并消失后,外部电力系统110KV高压线路重合闸成功(瞬间恢复供电)。而地铁系統在供电过程中,出现主变电站110KV进线电源瞬间失压,造成相应的地铁车站低压进线开关失压跳闸,地铁车站的母联开关不能投入。外部电力系统重合闸成功瞬间恢复供电后,低压开关也不能自复,使地铁车站部分供电设备失电,地铁车站内部分照明、空调、广告照明、电扶梯等停电故障。由于外部电力系统瞬间失压引起的车站低压交流母线失压多次发生,为保障地铁运营的安全及正常生产秩序,为此,要求尽快查清原因,及时予以整改。
2.系统电源失压的影响
地铁车站低压交流系统运行方式采用低压交流系统主接线为分段单母线,设有母线分段开关。附图2为进线和母线分段开关一次接线图。进线开关1QF、2QF和母线分段开关3QF之间设有联锁,严禁2个进线开关和母线分段开关同时合闸。进线和母线分段开关为就地、远方(控制中心)两级手动控制,并具有“失压自投、过流闭锁、来电自复”功能。以发生的一次系统电源失压事件为例,分析其对车站设备的影响。图3是车站低压配电系统图,结合图2、图3,当进线电源1发生瞬时失压时,通过该进线电源供电的A、B、C、D四个车站的一段母线失电,此时,这几个车站的站厅、站台、出入口照明部分失电,由该线路供电的电扶梯停运,全部广告照明停电,冷水机组全部停运。
图2380V一次接线图
图3 车站低压配电系统图
3. 原因分析
3.1 线路瞬时失压原因
经检查,地铁车站低压交流系统失压是因为外部电力系统220KV变电站架空输电线路因雷击发生跳闸,导致地铁主变电站110KV线路进线电源1瞬时失压,从而引起地铁车站低压交流系统失压。外部电力系统220KV变电站架空输电线路雷击故障消除并瞬间重合闸成功后,使110KV高压线路瞬时闪络,查看故障录波数据,其持续时间仅180ms左右。
要进一步分析低压交流系统失压的故障原因,首先介绍地铁对于供电负荷的一个设计原则:“低压配电系统自投自复的运行方式。”
3.2 母联自投不动作及进线开关不能自复的根本原因分析
参考图3、图4、。当外部高压系统出现小于1秒的波动时(瞬时失压后即来电),进线开关1正常跳闸,但不能自复。从图3可以看到,低压进线开关1失压跳闸后,母联开关应该动作合闸,其判断的依据是通过PMC915的智能测控装置,测试母线是否失压来实现。在进线开关1完全分闸后,如果再来电,其自复的逻辑是,母联开关必须分闸。即判明进线电源有电后,母联断路器分闸,失压跳闸的断路器自复。根据现场调查及查阅SCADA遥信信息,发生以上事件时母联断路器并没有动作,这就是导致车站的部分二级负荷失电的主要原因!
以下分析为什么母联断路器没有动作。
图4 进线开关1控制回路图
图4中,进线开关的失压脱扣YU是瞬时动作的,因此发生失压的瞬间,该进线开关立即跳闸,动作的时间就是失压脱扣装置及开关的固有动作时间。由于瞬间又来电,从录波看只有180ms,这么短的时间,因PMC915判断失压的逻辑是测试出进线无压持续时间大于1s后输出执行指令,这样母联断路器根本来不及动作。而开关的合闸线圈YC在进线电源得电后也动作,此时,因机械运动存在时间问题,YU尚未完全复位,造成该进线开关的合闸机构动作时间冲突,从而导致分进线开关不能自动合闸。
这样,当一路进线瞬时失压导致相应低压线路瞬时失压后,低压母联断路器来不及动作,该低压进线开关失压又得电后因动作时间的冲突导致执行机构无法正确动作也不能合闸,使得挂接在该回路的所有低压负荷均失去供电,因而必须在原回路增加自投回路。
3.3改进后的原理及要求
改进后的原理如图6所示,其原理如下:合闸线圈和失压脱扣器共用同一操作电源,并且不管时间长短当外部电源恢复后,开关应自动闭合,因此,关键是在失压脱扣器得到失压动作信号到合闸线圈得电闭合之间必须有一个延时,这个时间大概在80ms左右(也就是YU和开关的固有动作时间。)
具体办法是:将进线开关的失压脱扣装置YU引一对常开触点NO到时间继电器1KT处,从而使YU动作时间与YO动作时间有大于80ms的延时,即YU完全动作后才能启动时间继电器1KT,这样,当发生瞬时失压时,瞬间的失电和马上恢复来电,YU和YO都能正确地输出动作逻辑,使开关正确动作,消除了因瞬时失电-瞬时来电过程中因执行机构冲突而导致的进线开关拒动作,以最小的代价消除了隐患。
4. 结束语
以上进线控制电路图虽看似简单,但因为忽视了实际有可能发生的工况,使得系统运行出现了问题。因此,对于地铁供电系统,由于其负荷类型多,对运营服务的影响大,设计时须充分考虑各种非正常工况,确保可靠供电。
参考文献
[1]国家电力公司东北公司,辽宁省电力有限公司.电力工程师手册[M]中国电力出版社,2002
[2] 王美云, DW15万能式断路器自动投合的设计应用[J] 大众用电 2007(12)