城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)保護配合探究

【摘??要】為實現(xiàn)城市軌道交通安全運行和保障地鐵車站動力及照明負荷電能供給穩(wěn)定性，應(yīng)加強城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)上下級自動保護裝置之間的保護配合效果。本文將針對城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)保護選擇性展開研究分析，首先簡要概述城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)，其次分析影響低壓配電系統(tǒng)保護配合的原因，之后闡述低壓配電系統(tǒng)中保護配合問題及調(diào)整策略。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通;低壓配電系統(tǒng);保護配合

引言

在城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)中，對于某一負荷設(shè)備，當其出現(xiàn)短路或過載等故障時，理想情況下應(yīng)僅該負荷設(shè)備的上級自動保護裝置動作，低壓配電系統(tǒng)中的其余設(shè)備不應(yīng)受到影響。但是，在城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的實際運營過程中，會出現(xiàn)某一故障點帶動多級自動保護裝置同時動作的現(xiàn)象，這往往是上下級自動保護裝置選擇性配合不當導(dǎo)致。因此，對低壓配電系統(tǒng)的上下級配合問題進行研究便十分必要。

1城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)

就標準地鐵車站進行分析，35kV高壓降為0.4kV低壓交流電，0.4kV開關(guān)柜低壓母線接引低壓配電系統(tǒng)電源，以單母線分段形式供電，并以樹干式為輔、放射式為主，給低壓配電系統(tǒng)中的一、二、三級負荷供電。同時設(shè)置母聯(lián)斷路器，在正常工作時，母聯(lián)斷路器始終保持斷開的形態(tài)，在有一路進線電源出現(xiàn)失電情況后，母聯(lián)就會自動投入，防止因其中一路電源故障導(dǎo)致車站一半負荷失電。

2影響低壓配電系統(tǒng)保護配合的原因

2.1涉及專業(yè)多、接口多

低壓配電系統(tǒng)在電源供給中起到“承上啟下”的作用。往上，對接35kV高壓，涉及配電變壓器高壓側(cè)開關(guān)整定選擇;居中，對接綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備等幾十個專業(yè)負荷系統(tǒng)設(shè)備，涉及0.4kV開關(guān)柜饋出端開關(guān)設(shè)備整定選擇;往下，每一配電箱到每一回路用電設(shè)備末端，如燈具、插座、水泵等，涉及各開關(guān)設(shè)備的整定。在進行各級開關(guān)設(shè)備的整定值設(shè)定時，各系統(tǒng)專業(yè)對電源供給能力及電壓穩(wěn)定性都有不同的要求，協(xié)調(diào)工作多，工作面廣，給開關(guān)設(shè)備的整定帶來很大困難。

2.2經(jīng)濟性與配電級數(shù)相制約

一般來說，配電保護級數(shù)越多，配電系統(tǒng)上級受影響到可能性越小，系統(tǒng)也就越穩(wěn)定。但是，保護配合級數(shù)過多，勢必加大最上端開關(guān)整定值，造成經(jīng)濟性降低。就城市軌道低壓配電系統(tǒng)而言，涉及的開關(guān)設(shè)備數(shù)量多，部分系統(tǒng)、配電箱分支回路多，出于工程造價的限制，部分回路上下級保護配電選擇性不明顯，即上下級開關(guān)磁脫扣電流整定值比偏小。這也是發(fā)生故障時，開關(guān)誤動作的主要原因之一。

3保護配合問題及調(diào)整策略

保護選擇主要由延時選擇性與自然選擇性組成，延時選擇性為使用短路延時或區(qū)域性選擇聯(lián)鎖方式，以開關(guān)動作時間的設(shè)定實現(xiàn)選擇性。即上級開關(guān)啟動時間應(yīng)大于下級開關(guān)分分閘時間。自然選擇性由電流整定值極差實現(xiàn)，在設(shè)計過程中主要參考開關(guān)設(shè)備廠家的開關(guān)實驗結(jié)果，通過開關(guān)設(shè)備型號跨級選取實現(xiàn)選擇性。

3.1高壓側(cè)與0.4kV進線斷路器的保護配合

0.4kV進線短延時過流保護動作時間應(yīng)小于高壓側(cè)定時限過流保護動作時間。否則，發(fā)生線路故障時，高壓側(cè)開關(guān)將先于低壓側(cè)開關(guān)動作。針對標準車站，高壓側(cè)定時限過流保護動作時間一般宜大于0.4s。同時，要注意高壓側(cè)三相反時限過電流保護整定設(shè)置，應(yīng)參考高壓側(cè)三相反時限動作特性曲線資料，調(diào)整0.4kV進線開關(guān)長延時參數(shù)，宜使0.4kV進線開關(guān)長延時動作曲線略低于高壓側(cè)三相反時限曲線，避免出現(xiàn)0.4kV進線開關(guān)先于高壓側(cè)三相反時限過電流保護動作的情況。最后，應(yīng)選取合適的同時系數(shù)與需要系數(shù)，對0.4kV進線開關(guān)短延時電流整定值進行合理設(shè)置，避免出現(xiàn)0.4kV進線開關(guān)短延時電流整定值設(shè)置偏高導(dǎo)致高壓側(cè)斷路器過電流保護整定值跟著偏高，使得電流保護的靈敏度降低，變壓器運行效率下降，參考南方城市軌道交通運營情況，在低壓配電系統(tǒng)0.4kV進線開關(guān)短延時電流整定值計算時，同時系數(shù)可在0.65～0.75中參考選取，需要系數(shù)可在0.35～1.0中參考選取。

3.2低壓開關(guān)柜各保護元件之間的配合

0.4kV低壓開關(guān)柜主要的保護配合元件為0.4kV進線開關(guān)、母聯(lián)斷路器以及低壓柜饋線開關(guān)。其保護配合選擇性主要靠各個延時選擇性與自然選擇性開關(guān)設(shè)備的設(shè)置實現(xiàn)。就標準地鐵車站，0.4kV進線斷路器短延時整定值宜參考設(shè)置為0.4s，母聯(lián)斷路器短延時整定值宜參考設(shè)置為0.3s，0.4kV饋線斷路器短延時整定值宜參考設(shè)置為0.2s以內(nèi)。核心原則是上級延時選擇性開關(guān)晚于下級開關(guān)動作。同時，在低壓系統(tǒng)運行過程中，為了避免出現(xiàn)母聯(lián)誤投現(xiàn)象，母聯(lián)斷路器的脫扣整定電流應(yīng)采用現(xiàn)場可調(diào)型，并有寬闊的電流和時間調(diào)節(jié)范圍。因此，在各元件開關(guān)型號的選擇中，出于功能性與經(jīng)濟性考慮，對進線斷路器與母聯(lián)斷路器，一般選擇框架式。對0.4kV饋線斷路器，一般選擇塑殼式，其中個別計算電流值較小的饋線回路，0.4kV饋線斷路器也可參考選取微斷式。

3.3低壓柜饋線斷路器與下級設(shè)備開關(guān)的保護配合

0.4kV低壓柜饋線斷路器饋出至下級開關(guān)設(shè)備的情況主要可以分為兩類，一類由0.4kV低壓開關(guān)柜→環(huán)控柜→各類環(huán)控設(shè)備。另一類是由0.4kV低壓開關(guān)柜→各系統(tǒng)專業(yè)設(shè)備配電箱。在上述各級保護裝置的配合過程中，主要可以分為延時選擇性開關(guān)與延時選擇性開關(guān)配合，延時選擇性開關(guān)與自然選擇性開關(guān)配合，自然選擇性開關(guān)與自然選擇性開關(guān)配合這三類。前兩類配合通過時間延時整定的設(shè)置，能較容易實現(xiàn)上下級配合的選擇性。第三類自然選擇性開關(guān)與自然選擇性開關(guān)配合模式，在低壓系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)中占比最大，也是最難控制的一部分。上下級斷路器殼體電流比過大，滿足了極差卻不符合經(jīng)濟性要求。電流比過小，滿足了經(jīng)濟性卻易造成上下級開關(guān)誤跳。針對這種情況，可以參考下述方法展開設(shè)計：一般微型斷路器級差大于1.6，同時電流低于選擇性限值時，即可保證選擇性。一旦短路電流超過選擇限值，則進線開關(guān)應(yīng)改用塑殼斷路器。也可用負荷開關(guān)做進線開關(guān)，或開展短路延時保護，將上下級開關(guān)磁脫扣電流整定值比控制在1.6左右。

結(jié)語

為實現(xiàn)城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)各級保護配合和運行的穩(wěn)定性，延時選擇性和自然選擇性開關(guān)設(shè)備均應(yīng)體現(xiàn)相應(yīng)的級差。對于配電級數(shù)設(shè)置，級數(shù)設(shè)置過多會對工程投資造成浪費，同時最上級開關(guān)設(shè)備整定值也會過大，保護靈敏度降低，因此可以考慮在設(shè)計配電箱等末端用電設(shè)備時，用負荷開關(guān)作為進線開關(guān)，以此減少配電級數(shù)，不僅使保護配合選擇難度降低，還實現(xiàn)了工程設(shè)計的經(jīng)濟性。

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作者簡介：

孫偉鵬（1992.4-），男，漢族，廣西南寧人，在職研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，研究方向：低壓配電。

（作者單位：中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司）