城市轨道交通中压双环网运行方式和联锁、联跳关系分析研究

摘要：阐述城市轨道交通的正常、故障和应急运行方式以及进线开关、母线分段开关；进线开关、联络开关；进线开关、环网馈线开关的联锁关系。

关键词：供电分区、分界点开关、联络开关、分界点、备自投装置

1．中压供电网络系统概述

中压供电网络是城市轨道交通供电系统的重要组成内容，由中压电缆构成，将主变电所或电源开闭所和牵引、降压变电所联系起来，用于输送和分配电能，在供电系统起着桥梁和纽带的作用。中压供电网络的设计涉及到外部电源方案、主变电所或电源开闭所的位置与数量、牵引、降压变电所的数量与主接线、中压供电网络系统运行方式和变电所开关的联锁关系。

中压供电网络系统有两种属性，其一为电压等级，其二为构成形式。

我国中压电压等级基本为三种，即66kV、35kV和10kV，不同电压等级构成的中压供电网络均存在多种形式，如开式结线和闭式结线等。对于城市轨道交通两种中压等级在供电网络中同时存在时，又可形成牵引供电网络和动力照明供电网络，如上海地铁一号线工程。供电网络中为一种电压等级时，一般为牵引动力照明混合供电网络，如北京地铁工程。

2．双环网供电网络

环网供电方式属于闭式结线，可分为开环和闭环方式。由于闭环方式继电保护整定困难，因此环网供电方式基本为开环方式运行。在开环方式中，又可分为“单线单环”、“双线单环”和“双线双环”的形式。城市轨道交通中“双线双环”即双环网的一种接线形式见图1。

图中K1～K4为电源开闭所供电分区间分界点开关，在运行方式分析中也称为联络开关。

双环网相对于开式结线的放射式供电能使供电线路简化、减少线路走廊、运行方式灵活，但联锁关系和继电保护整定复杂。

3．轨道交通双环网的运行方式

由于供电系统在轨道交通运行中的重要性，中压供电网络的设计需要满足故障自救功能和防止误操作的功能等要求。采用双环网接线，在故障运行方式下通过改变分界点开关的状态，保障故障区段供电的连续性。在应急运行方式时，通过调整分界点开关的位置，可改变主变电所或电源开闭所供电区的划分，可满足轨道交通继续运行的要求。双环网接线可灵活实现各种运行方式的转换。

通过设置各种联锁关系，可防止各种运行方式下的误操作，使系统安全可靠运行。

3．1变电所主接线形式

城市轨道交通一般有以下几种变电所类型：主变电所或电源开闭所、牵引变电所或牵引降压混合变电所、降压变电所或跟随式降压变电所等。在下文中以电源开闭所、牵引变电所、降压变电所为分析对象。

各变电所主接线形式如下：

电源开闭所为单母线分段接线形式，设母线分段开关，母线分段开关设有备用电源自动投入装置，具有“失压自投、过流闭锁”功能。

牵引变电所为单母线分段接线形式，设母线分段开关，母线分段开关设有“失压自投、过流闭锁”功能。也可不设母线分段开关，下文将分别讨论。牵引变压器集中设于一段母线上。

降压变电所为单母线分段接线方式，不设母线分段开关。配电变压器分别设于两段母线上。

变电所各进线开关、馈线开关、联络开关、母线分段开关均采用断路器。变电所低压配电系统均为单母线分段接线，设母线分段开关，并具有“失压自投、过流闭锁”功能，此功能可采用PLC装置实现。

3．2中压系统备用电源自动投入装置的工作原理

中压系统保护采用微机保护装置，母线PT、线路PT或配电变压器二次侧的电压信号均引入备自投装置，共同作为判别电源线路是否有电的条件，当两路引入线电源发生任一单电源故障，变电所进线线路失压，经备自投装置判别，确定非过流、零序等故障状态后，由备自投装置对进线开关和母线分段开关实施“失压自投、过流闭锁”的控制过程，由另一路中压电源供给变电所全部一、二级负荷。由正常运行方式转为故障运行方式。

当单电源故障发生在开闭所时，通过对开闭所和下级变电所的母线分段开关自投时间的适当整定，保证只有开闭所的分段开关将进行“失压自投、过流闭锁”的控制过程，由另一路中压电源供给供电区内全部负荷。

备自投装置的状态可分为启动状态、投入状态和退出<闭锁）状态。当两个电源电压正常，且进线开关均处于合闸状态时，备自投装置处于启动状态。当具备备自投装置投入条件时，备自投装置进入投入状态，完成开关的转换过程后，备自投装置为退出状态。当进线开关非失压跳闸，如故障跳闸或手动操作分闸，装置被闭锁，处于退出状态。

3．3运行方式分类

轨道交通中压供电网络的运行方式分为三种：正常运行方式、故障运行方式和应急运行方式。

正常运行方式是系统在正常电源条件、线路条件和设备条件下的运行方式。

故障运行方式是上述三个条件中任一个出现一个故障情况下的运行方式，如一个电源故障或一条线路故障或一台设备故障。

应急运行方式是上述三个条件中任一个出现两个故障情况下的运行。

3．4运行方式分析

3．4．1正常运行方式<见图1）

电源开闭所由城市电网引入两路中压电源，并供给开闭所供电范围内的车站变电所。正常运行时两个电源同时供电，分列运行，开闭所两个进线开关为合闸状态，母线分段开关为分闸状态，备自投装置处于启动状态。

2＃和4＃变电所的联络开关K1～K4为分闸状态。1＃开闭所除承担本身负荷外，还提供1＃、2＃变电所负荷。2＃开闭所除承担本身负荷外，还提供3＃、4＃变电所负荷。

3．4．2故障运行方式：<见图1）分析电源<电缆）的故障情况，开关设备的故障本文中不做讨论。

<1）开闭所单电源故障运行方式

当开闭所引入的一路电源或电缆故障，造成开闭所一路进线电源失压，经备自投装置判别，确定非过流、零序等故障状态后，由备自投装置对进线开关和母线分段开关实施“失压自投、过流闭锁”的控制过程，由另一路电源供给开闭所的全部一、二级负荷。此时开闭所电源失压的进线开关为分闸状态、另一路进线开关和母线分段开关为合闸状态，备自投为退出状态。开闭所供电分区内各变电所的开关状态没有变化，即进线开关为合闸状态，母线分段开关为分闸状态，联络开关为分闸状态。

<2）降压变电所单电源故障运行方式

当降压变电所如1＃变电所引入的一路电源或电缆故障，1＃开闭所相应馈出线开关为分闸，造成1＃变电所一路进线电源失压。由于降压变电所中压系统没有设置母线分段开关，也没有备自投装置，而低压配电系统设有母线分段开关。低压进线开关和母线分段开关具有“失压自投、过流闭锁”功能，此时中压系统开关状态不变，电力调度遥控使失压进线开关分闸，将故障段切除。低压配电系统电源失压的进线开关为分闸状态、另一路进线开关和母线分段开关为合闸状态，一路中压电源和一台配电变压器提供降压变电所的全部一、二级负荷。

<3）牵引变电所单电源故障运行方式

当牵引变电所如2＃变电所引入的一路电源或电缆故障，1＃开闭所相应馈出线开关为分闸，造成2＃变电所一路进线电源失压。

当牵引变电所设有母线分段开关和备自投装置时，经备自投装置判别，确定非过流、零序等故障状态后，由备自投装置对进线开关和母线分段开关实施“失压自投、过流闭锁”的控制过程，由另一路电源供给牵引变电所的全部一、二级负荷。此时电源失压的进线开关为分闸状态、另一路进线开关和母线分段开关为合闸状态，备自投为退出状态。

当牵引变电所不设母线分段开关和备自投装置时，若失压母线为I段，则低压配电系统实施“失压自投、过流闭锁”的控制过程，电源失压的低压进线开关为分闸状态、另一路进线开关和母线分段开关为合闸状态。一路中压电源承担牵引变电所牵引负荷和动力照明一、二级负荷。

若失压母线为II段，连接在该段母线上的两台牵引变压器和一台配电变压器将失电。当确