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一种简单的环网供电方案的研究

www.cechina.cn2009.06.02阅读 20596

  摘 要:本文介绍了一种简单环网供电方案及相应的配网自动化系统的构成原理及可靠性分析,为城市轨道交通的环网供电系统提供了另一种选择方案。
  关键词:环网供电、配网自动化
  一、前言
  我国已经建成的地铁及轻轨的供电系统基本采用集中供电方式,电压等级有两种模式:一种是110kV/35kV/10kV的三级电压供电模式;另一种是110kV/35kV两级电压供电模式。经过技术、投资等比选后,两级电压集中供电方案逐渐占据了主导地位,成为现代城市轨道交通供电系统的主流。这种供电系统不论是供电质量,供电可靠性,损耗等各项指标,都是比较优越的。在保护配置方面,环网供电系统一般设置纵差保护及电流保护。当某段环网电缆发生短路故障时,纵差保护作为主保护能迅速区分故障段,保证了非故障段的正常供电。然而,根据广州、上海、北京、天津等城市地铁的运营经验来看,发生环网电缆故障的概率实际上比较低,而现行方案虽然性能高,但投资也比较高。本文试图提出一种简单的环网供电方案,降低工程造价。
  二、简单环网供电方式
  实际上,现行的环网两级电压集中供电方式的核心是多支路分束供电,由主变电所35kV母线分别引出几个供电支路

,每个支路可挂接3个左右的牵引降压变电所;有来自不同变电所的两个支路通过分段开关互相联通,保证当一个主变电所解裂时另一个主变电所的支援供电。这种供电系统的主要特点是环网进出线均为断路器,环网电缆的主保护为纵差保护。对于简单环网供电来说,核心内容是将环网进出线断路器更换为三工位电动隔离开关CONTROL ENGINEERING China版权所有,相应地取消35kV环网电缆光纤纵差保护,如图一所示。这种方案的特点是投资大幅降低,环网故障时电流保护跳闸时间短,保护配合容易实现;缺点是故障后倒闸作业时间相对较长,大约4~6秒,比进出线为断路器的方案略长2~3秒。也就是说,在机车运行过程中如果发生环网馈线故障,在6秒钟内应该保证故障判断、故障区段的迅速切除以及备用电源的自动投入,而6秒钟的时间机车不会马上停止滑行,这样在机车运行过程中即能保证重新受电。要保证这一点,我们必须引入配网自动化系统。
  实际上与这种环网供电方案相配套的是一套实现站间信息传输的综合配网自动化系统,它是在主变电所及各牵引降压变电所的综合自动化系统的控制信号盘内安装有智能通信模块,模块间通过光纤连接,以实现同一束供电网络内的所间信息资源共享。配网自动化系统用于实现同一配电网络支路的各变电所上位机之间的数据采集与控制,数据传输和数据处理。对于智能通信模块,应能实现数据采集,SOE,校时,数据接收和传送功能以及控制功能。对于主变电所的智能通信还应能进行数据检测、追忆、自动装置功能等。数据通信网络可采用共线或首尾相连的自愈型环网连接方式。主变电所上位机负责询问和接收各牵引降压变电所的被控对象的实时位置、测量值CONTROL ENGINEERING China版权所有,并对被控对象实现自动控制,采集方式可以采用轮询或主动上报两种模式,正常情况下采用轮询方式,当有重要时间发生时(如采用故障信息或开关变位)时,采用主动上报方式,保证重要事件的实时性。对于各牵引降压变电所的控制信号盘中的智能通信单元的功能要求如下:
  (1)SOE功能:记录系统状态量变化的时间和先后顺序,每一记录点均带时标。
  (2)对时功能:接收、判断控制中心GPS对时信号。
  (3)通信功能:可采用CANBus,以太网接口,专用MODEM和RS485总线模式,抗干扰能力较强。
  (4)自诊断功能:装置自动检测设备本身运行状态,自身故障时可及时上报告警。
  (5)电流及电压数据采集功能:能采集各相电流及母线电压,并能进行电流方向判断。
  (6)故障检测功能:装置根据采集电流的大小及设置的定值能快速做出故障判断,甚至间隙性故障的判断,并能将故障信息、性质主动上报主变电所上位机。
  (7)保护功能:该装置具有保护功能及满足保护装置所要求的速动性,灵敏性控制工程网版权所有,可靠性的参数要求。
  (8)数据存储功能:定值数据具有存储及掉电保持功能。
  (9)故障分析功能:主变电所的智能通信单元能根据各变电所的上送信息判断出故障电缆区段。
  (10)远程通信功能:能将相关信息上送SCADA控制中心主站。
  三、短路保护及自动装置功能分析
  附图一表示了环网供电的一种情况,即主变电所的两条馈线向各牵引降压变电所供电。正常运行时所有进出线电动隔离开关均处于合闸位置;当J点发生短路故障时,主变电所断路器A迅速断开,A断路器的保护信号启动主变电所智能通信模块,该智能模块随即查询本供电网络各上位机智能通信模块的电流值及设备状态数据进行综合判断。很显然,在J点至主所之间同一供电网络中的所有检测电流的地方都应该保护动作信号控制工程网版权所有,而F点没有CONTROL ENGINEERING China版权所有,因此主所可以判断出故障是发生在E、F之间;接下来是切除故障了的环网电缆E、F段,并启动相关所内的母联自投功能。母联自投功能模式嵌入到变电所智能通信模块中
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