1 35kV供電系統(tǒng)

備自投裝置（簡(jiǎn)稱備自投）是保證供電系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要設(shè)備之一，在地鐵35kV供電系統(tǒng)中被大量應(yīng)用。備自投的配置、動(dòng)作邏輯與系統(tǒng)接線、運(yùn)行方式有著密切關(guān)系。

地鐵35kV供電系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)接線，如圖1所示，3～5個(gè)35kV變電所鏈接成1個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)從110kV主變電所引入2路電源。

110kV主變電所、35kV變電所的35kV側(cè)均采用單母分段接線。由于35kV線路均采用電纜，系統(tǒng)電容電流較大，導(dǎo)致系統(tǒng)單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓可達(dá)相電壓的4倍，并且故障電流過(guò)大，容易發(fā)展成相間短路故障，嚴(yán)重威脅供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

為此，地鐵主變電所均采用35kV母線經(jīng)接地變中性點(diǎn)電阻接地的運(yùn)行方式，以降低單相接地時(shí)非故障相工頻過(guò)電壓，抑制弧光接地過(guò)電壓。

2 備自投方式

2.1 主變電所備自投方式

DL/T584規(guī)程要求：“低電阻接地系統(tǒng)必須且只能有一個(gè)中性點(diǎn)接地，當(dāng)接地變壓器或中性點(diǎn)電阻失去時(shí)，供電變壓器的同級(jí)斷路器必須同時(shí)打開(kāi)”。若35kV母線并列運(yùn)行，采用進(jìn)線備自投方式，備自投動(dòng)作跳301（302）斷路器必須同時(shí)聯(lián)跳311（321）斷路器，合300斷路器后再合321（311）斷路器。

而35kV母線分列運(yùn)行，采用分段備自投方式，備自投動(dòng)作只需跳301（302）斷路器同時(shí)聯(lián)跳311（321）斷路器，合300斷路器。分段備自投的動(dòng)作邏輯簡(jiǎn)單易行，無(wú)需對(duì)接地變使用自動(dòng)合閘，更為可靠，并且系統(tǒng)始終有中性點(diǎn)接地運(yùn)行，不存在中性點(diǎn)接地的短暫切換。

圖1 35kV供電系統(tǒng)

35kV母線并列運(yùn)行，主變低后備保護(hù)動(dòng)作第一時(shí)限跳300斷路器以縮小故障范圍，第二時(shí)限跳301（302）斷路器。而35kV母線分列運(yùn)行，主變低后備保護(hù)動(dòng)作第一時(shí)限跳301（302）斷路器，第二時(shí)限跳主變兩側(cè)斷路器，更利于繼電保護(hù)快速切除主變35kV側(cè)近端故障。

2.2 35kV變電所備自投方式

若35kV母線并列運(yùn)行，采用進(jìn)線備自投方式，主變電所的312（322）與B—E變電所的300、303（304）及F變電所的300共10級(jí)保護(hù)要逐級(jí)配合。地鐵35kV線路通常供電半徑短，各變電所母線處短路電流水平差別不明顯，上、下級(jí)保護(hù)僅能依靠動(dòng)作時(shí)間配合實(shí)現(xiàn)保護(hù)有選擇性地切除故障。

若10級(jí)保護(hù)滿足動(dòng)作時(shí)間上的配合，時(shí)間級(jí)差按0.3s整定，主變低后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間肯定超過(guò)2s，在主變35kV側(cè)近端故障時(shí)，這對(duì)主變非常不利，也不滿足規(guī)程要求；反之，上、下級(jí)保護(hù)配合困難，失去選擇性。

若35kV母線分列運(yùn)行，采用分段備自投方式，則只需主變電所的312（322）與B—E變電所的303（304）共5級(jí)逐級(jí)保護(hù)，上、下級(jí)保護(hù)能夠配合，且主變低后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在2s以內(nèi)，能滿足規(guī)程要求。

3 主變電所備自投動(dòng)作邏輯及整定

110kV主變電所、35kV變電所35kV側(cè)元件不完全相同，其繼電保護(hù)配置、運(yùn)行方式也不完全相同，導(dǎo)致分段備自投的動(dòng)作邏輯也不同，但對(duì)動(dòng)作邏輯的基本要求是一致的，都是由充電條件、起動(dòng)條件、放電條件組成，如圖2—圖4所示。

3.1 動(dòng)作邏輯

主變電所分段備自投的充電條件（與邏輯）：301斷路器合位；302斷路器合位；300斷路器分位；Ⅰ母三相有壓、Ⅱ母三相有壓；經(jīng)延時(shí)后充電完成。

圖2 充電條件

Ⅰ母失壓起動(dòng)條件（與邏輯）：充電完成；Ⅰ母三相無(wú)壓；Ⅰ母進(jìn)線三相無(wú)流；Ⅱ母三相有壓。備自投起動(dòng)后經(jīng)延時(shí)跳301斷路器，合300斷路器。

Ⅱ母失壓起動(dòng)條件（與邏輯）：充電完成；Ⅱ母三相無(wú)壓；Ⅱ母進(jìn)線三相無(wú)流；Ⅰ母三相有壓。備自投起動(dòng)后經(jīng)延時(shí)跳302斷路器，合300斷路器。

備自投按上述動(dòng)作邏輯動(dòng)作后，將導(dǎo)致并列運(yùn)行的母線上有2臺(tái)接地變同時(shí)運(yùn)行，不滿足DL/T584規(guī)程要求。此時(shí)發(fā)生接地故障，接地故障電流變大，易使設(shè)備損壞[3]。所以，備自投跳301（302）斷路器的同時(shí)聯(lián)跳311（321）斷路器。

放電條件（或邏輯）：300斷路器合位；手跳301斷路器；手跳302斷路器；Ⅰ、Ⅱ母三相均無(wú)壓；300斷路器彈簧未儲(chǔ)能；電壓互感器（PT）斷線；PT二次空開(kāi)跳閘；保護(hù)閉鎖。

Ⅰ、Ⅱ母三相均無(wú)壓閉鎖備自投是為避免2路電源同時(shí)消失，備自投動(dòng)作造成電源恢復(fù)供電時(shí)，負(fù)荷全部由1路電源供電，引起過(guò)負(fù)荷。

圖3 起動(dòng)條件

圖4 放電條件

為防止備自投動(dòng)作于故障，反應(yīng)35kV母線相間故障的主變低后備保護(hù)和反應(yīng)35kV母線接地故障的接地變零序電流保護(hù)應(yīng)閉鎖備自投，但接地變相間電流保護(hù)起動(dòng)備自投，以滿足DL/T584規(guī)程要求。接地變相間電流保護(hù)跳311（321）斷路器同時(shí)聯(lián)跳301（302）斷路器，通過(guò)起動(dòng)備自投來(lái)提高供電可靠性。

主變高后備保護(hù)對(duì)35kV母線故障也有靈敏度，但其動(dòng)作后不閉鎖備自投。主要考慮到母線故障，低后備保護(hù)拒動(dòng)，由高后備保護(hù)切除故障的多重故障概率很低，優(yōu)先保證供電可靠性。一旦備自投動(dòng)作于故障，則由備自投后加速保護(hù)切除故障。

3.2 整定值計(jì)算

根據(jù)DL/T 584—2017《3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》的要求，低電壓元件應(yīng)在母線失壓后可靠動(dòng)作，在故障切除后可靠返回，為縮小低電壓元件動(dòng)作范圍，低電壓定值一般整定為0.15～0.3倍額定電壓。有壓元件應(yīng)能在母線電壓正常時(shí)可靠動(dòng)作，而在母線電壓低到不允許備自投動(dòng)作時(shí)可靠返回，電壓定值一般整定為0.6～0.7倍額定電壓。有、無(wú)流值一般均整定為0.04倍的進(jìn)線CT二次額定電流。

備自投跳閘時(shí)間應(yīng)大于主變低后備保護(hù)與接地變零序電流保護(hù)閉鎖備自投時(shí)間較長(zhǎng)者，并躲過(guò)電容器低電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。為避免系統(tǒng)中上級(jí)設(shè)備的單一故障造成備自投的大面積動(dòng)作，上、下級(jí)備自投的動(dòng)作時(shí)間按由上至下的原則逐級(jí)配合。若主變110kV側(cè)有備自投，還應(yīng)大于110kV備自投的動(dòng)作時(shí)間。

備自投合閘經(jīng)跳閘時(shí)間延時(shí)，考慮彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)斷路器的分閘時(shí)間一般小于60～80ms，延時(shí)取0.1s。

4 35kV變電所備自投動(dòng)作邏輯及整定

4.1 動(dòng)作邏輯

35kV變電所分段備自投的充電條件、起動(dòng)條件、放電條件與主變電所分段備自投相同，只是不需要聯(lián)跳任何斷路器，閉鎖備自投的保護(hù)有所不同。

若備自投經(jīng)線路差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是上、下級(jí)備自投的動(dòng)作時(shí)間不需要配合，所有35kV變電所備自投的動(dòng)作時(shí)間一樣；其缺點(diǎn)是1個(gè)供電分區(qū)內(nèi)除上級(jí)變電所的一段母線故障時(shí)，將導(dǎo)致下級(jí)變電所同段母線均失電。例如，若圖1中C變電所的Ⅰ（Ⅱ）母故障，線路差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，D、E、F變電所的備自投不起動(dòng)，其Ⅰ（Ⅱ）母均失電，停電范圍擴(kuò)大。

若上級(jí)電源故障導(dǎo)致變電所失電，則由上級(jí)變電所的備自投動(dòng)作。若變電所的線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變電所備自投起動(dòng)后判別301（302）斷路器已在分位，則經(jīng)短延時(shí)空跳301（302）斷路器后延時(shí)合300斷路器。

若變電所母線故障，由于無(wú)母線保護(hù)，故障由電源側(cè)303（304）保護(hù)切除，備自投動(dòng)作于故障，所以變電所的301（302）應(yīng)配置一段方向指向母線的電流保護(hù)，該保護(hù)僅閉鎖備自投不跳閘。

4.2 整定值計(jì)算

母線有、無(wú)壓值，有、無(wú)流值，備自投合閘延時(shí)的整定與主變電所的相同。

備自投跳閘時(shí)間應(yīng)大于閉鎖備自投的301（302）保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，并與上級(jí)備自投的動(dòng)作時(shí)間配合。備自投加速跳301（302）斷路器的短延時(shí)以1～1.5s為宜。備自投動(dòng)作時(shí)間太短，若電動(dòng)機(jī)使工作母線殘壓較高，備自投動(dòng)作時(shí)將產(chǎn)生沖擊電流和沖擊力矩，損壞電氣設(shè)備。

在小電阻接地系統(tǒng)中，延時(shí)電流速斷保護(hù)、零序電流Ⅰ段保護(hù)按對(duì)本線路末端故障有靈敏度整定。所以，301（302）閉鎖備自投保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與電源側(cè)303（304）延時(shí)電流速斷保護(hù)、零序電流Ⅰ段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間相同，電流定值按對(duì)母線故障的靈敏度大于電源側(cè)303（304）延時(shí)電流速斷保護(hù)、零序電流Ⅰ段保護(hù)對(duì)母線故障的靈敏度整定。

5 備自投后加速保護(hù)

當(dāng)備自投動(dòng)作于故障時(shí)，由備自投后加速保護(hù)加速跳閘。電流定值對(duì)母線有足夠的靈敏度，并可靠躲過(guò)最大負(fù)荷電流。35kV變電所備自投后加速保護(hù)的電流定值與301（302）閉鎖備自投保護(hù)的電流定值相同即可。主變電所備自投后加速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按0.2s整定，以提高投入成功率。

35kV變電所備自投后加速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按0.1～0.2s整定，與電源側(cè)303（304）保護(hù)相配合。備自投后加速保護(hù)邏輯如圖5所示。

圖5 備自投后加速保護(hù)邏輯

6 結(jié)論

1）110kV主變電所備自投應(yīng)采用分段備自投方式，相較進(jìn)線備自投方式的動(dòng)作邏輯更簡(jiǎn)單、可靠，在備自投動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)始終有中性點(diǎn)接地運(yùn)行，不存在中性點(diǎn)接地的切換，且更利于繼電保護(hù)快速切除主變35kV側(cè)近端故障。

2）110kV主變電所備自投動(dòng)作邏輯應(yīng)與接地變的保護(hù)、運(yùn)行方式相配合。接地變零序電流保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)可靠閉鎖備自投，防止備自投動(dòng)作于故障。接地變相間電流保護(hù)動(dòng)作后起動(dòng)備自投，以提高供電可靠性。備自投動(dòng)作后應(yīng)保證系統(tǒng)只能有一個(gè)中性點(diǎn)接地。

3）35kV變電所備自投應(yīng)采用分段備自投方式，相較進(jìn)線備自投方式更利于一個(gè)供電分區(qū)內(nèi)上、下級(jí)保護(hù)的配合，使保護(hù)有選擇性地切除故障，且能縮短主變低后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。

4）35kV變電所備自投不應(yīng)經(jīng)線路差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)，以防止因一個(gè)供電分區(qū)內(nèi)上級(jí)變電所母線故障時(shí)，備自投無(wú)法起動(dòng)導(dǎo)致的停電范圍擴(kuò)大。

5）為防止35kV變電所備自投動(dòng)作于母線故障，應(yīng)配置一段方向指向母線的電流保護(hù)，該保護(hù)僅閉鎖備自投不跳閘。