1 35kV供電系統

備自投裝置（簡稱備自投）是保證供電系統連續可靠供電的重要設備之一，在地鐵35kV供電系統中被大量應用。備自投的配置、動作邏輯與系統接線、運行方式有著密切關系。

地鐵35kV供電系統采用環網接線，如圖1所示，3～5個35kV變電所鏈接成1個供電分區，每個供電分區從110kV主變電所引入2路電源。

110kV主變電所、35kV變電所的35kV側均采用單母分段接線。由于35kV線路均采用電纜，系統電容電流較大，導致系統單相接地故障時產生的過電壓可達相電壓的4倍，并且故障電流過大，容易發展成相間短路故障，嚴重威脅供電系統的安全運行。

為此，地鐵主變電所均采用35kV母線經接地變中性點電阻接地的運行方式，以降低單相接地時非故障相工頻過電壓，抑制弧光接地過電壓。

2 備自投方式

2.1 主變電所備自投方式

DL/T584規程要求：“低電阻接地系統必須且只能有一個中性點接地，當接地變壓器或中性點電阻失去時，供電變壓器的同級斷路器必須同時打開”。若35kV母線并列運行，采用進線備自投方式，備自投動作跳301（302）斷路器必須同時聯跳311（321）斷路器，合300斷路器后再合321（311）斷路器。

而35kV母線分列運行，采用分段備自投方式，備自投動作只需跳301（302）斷路器同時聯跳311（321）斷路器，合300斷路器。分段備自投的動作邏輯簡單易行，無需對接地變使用自動合閘，更為可靠，并且系統始終有中性點接地運行，不存在中性點接地的短暫切換。

圖1 35kV供電系統

35kV母線并列運行，主變低后備保護動作第一時限跳300斷路器以縮小故障范圍，第二時限跳301（302）斷路器。而35kV母線分列運行，主變低后備保護動作第一時限跳301（302）斷路器，第二時限跳主變兩側斷路器，更利于繼電保護快速切除主變35kV側近端故障。

2.2 35kV變電所備自投方式

若35kV母線并列運行，采用進線備自投方式，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級保護要逐級配合。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、下級保護僅能依靠動作時間配合實現保護有選擇性地切除故障。

若10級保護滿足動作時間上的配合，時間級差按0.3s整定，主變低后備保護動作時間肯定超過2s，在主變35kV側近端故障時，這對主變非常不利，也不滿足規程要求；反之，上、下級保護配合困難，失去選擇性。

若35kV母線分列運行，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級逐級保護，上、下級保護能夠配合，且主變低后備保護動作時間在2s以內，能滿足規程要求。

3 主變電所備自投動作邏輯及整定

110kV主變電所、35kV變電所35kV側元件不完全相同，其繼電保護配置、運行方式也不完全相同，導致分段備自投的動作邏輯也不同，但對動作邏輯的基本要求是一致的，都是由充電條件、起動條件、放電條件組成，如圖2—圖4所示。

3.1 動作邏輯

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；經延時后充電完成。

圖2 充電條件

Ⅰ母失壓起動條件（與邏輯）：充電完成；Ⅰ母三相無壓；Ⅰ母進線三相無流；Ⅱ母三相有壓。備自投起動后經延時跳301斷路器，合300斷路器。

Ⅱ母失壓起動條件（與邏輯）：充電完成；Ⅱ母三相無壓；Ⅱ母進線三相無流；Ⅰ母三相有壓。備自投起動后經延時跳302斷路器，合300斷路器。

備自投按上述動作邏輯動作后，將導致并列運行的母線上有2臺接地變同時運行，不滿足DL/T584規程要求。此時發生接地故障，接地故障電流變大，易使設備損壞[3]。所以，備自投跳301（302）斷路器的同時聯跳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母三相均無壓；300斷路器彈簧未儲能；電壓互感器（PT）斷線；PT二次空開跳閘；保護閉鎖。

Ⅰ、Ⅱ母三相均無壓閉鎖備自投是為避免2路電源同時消失，備自投動作造成電源恢復供電時，負荷全部由1路電源供電，引起過負荷。

圖3 起動條件

圖4 放電條件

為防止備自投動作于故障，反應35kV母線相間故障的主變低后備保護和反應35kV母線接地故障的接地變零序電流保護應閉鎖備自投，但接地變相間電流保護起動備自投，以滿足DL/T584規程要求。接地變相間電流保護跳311（321）斷路器同時聯跳301（302）斷路器，通過起動備自投來提高供電可靠性。

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

3.2 整定值計算

根據DL/T 584—2017《3kV～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》的要求，低電壓元件應在母線失壓后可靠動作，在故障切除后可靠返回，為縮小低電壓元件動作范圍，低電壓定值一般整定為0.15～0.3倍額定電壓。有壓元件應能在母線電壓正常時可靠動作，而在母線電壓低到不允許備自投動作時可靠返回，電壓定值一般整定為0.6～0.7倍額定電壓。有、無流值一般均整定為0.04倍的進線CT二次額定電流。

備自投跳閘時間應大于主變低后備保護與接地變零序電流保護閉鎖備自投時間較長者，并躲過電容器低電壓保護動作時間。為避免系統中上級設備的單一故障造成備自投的大面積動作，上、下級備自投的動作時間按由上至下的原則逐級配合。若主變110kV側有備自投，還應大于110kV備自投的動作時間。

備自投合閘經跳閘時間延時，考慮彈簧儲能操作機構斷路器的分閘時間一般小于60～80ms，延時取0.1s。

4 35kV變電所備自投動作邏輯及整定

4.1 動作邏輯

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

若備自投經線路差動保護起動，其優點是上、下級備自投的動作時間不需要配合，所有35kV變電所備自投的動作時間一樣；其缺點是1個供電分區內除上級變電所的一段母線故障時，將導致下級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，線路差動保護不動作，D、E、F變電所的備自投不起動，其Ⅰ（Ⅱ）母均失電，停電范圍擴大。

若上級電源故障導致變電所失電，則由上級變電所的備自投動作。若變電所的線路差動保護動作，變電所備自投起動后判別301（302）斷路器已在分位，則經短延時空跳301（302）斷路器后延時合300斷路器。

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

4.2 整定值計算

母線有、無壓值，有、無流值，備自投合閘延時的整定與主變電所的相同。

備自投跳閘時間應大于閉鎖備自投的301（302）保護的動作時間，并與上級備自投的動作時間配合。備自投加速跳301（302）斷路器的短延時以1～1.5s為宜。備自投動作時間太短，若電動機使工作母線殘壓較高，備自投動作時將產生沖擊電流和沖擊力矩，損壞電氣設備。

在小電阻接地系統中，延時電流速斷保護、零序電流Ⅰ段保護按對本線路末端故障有靈敏度整定。所以，301（302）閉鎖備自投保護的動作時間與電源側303（304）延時電流速斷保護、零序電流Ⅰ段保護的動作時間相同，電流定值按對母線故障的靈敏度大于電源側303（304）延時電流速斷保護、零序電流Ⅰ段保護對母線故障的靈敏度整定。

5 備自投后加速保護

當備自投動作于故障時，由備自投后加速保護加速跳閘。電流定值對母線有足夠的靈敏度，并可靠躲過最大負荷電流。35kV變電所備自投后加速保護的電流定值與301（302）閉鎖備自投保護的電流定值相同即可。主變電所備自投后加速保護動作時間按0.2s整定，以提高投入成功率。

35kV變電所備自投后加速保護動作時間按0.1～0.2s整定，與電源側303（304）保護相配合。備自投后加速保護邏輯如圖5所示。

圖5 備自投后加速保護邏輯

6 結論

1）110kV主變電所備自投應采用分段備自投方式，相較進線備自投方式的動作邏輯更簡單、可靠，在備自投動作時系統始終有中性點接地運行，不存在中性點接地的切換，且更利于繼電保護快速切除主變35kV側近端故障。

2）110kV主變電所備自投動作邏輯應與接地變的保護、運行方式相配合。接地變零序電流保護動作后應可靠閉鎖備自投，防止備自投動作于故障。接地變相間電流保護動作后起動備自投，以提高供電可靠性。備自投動作后應保證系統只能有一個中性點接地。

3）35kV變電所備自投應采用分段備自投方式，相較進線備自投方式更利于一個供電分區內上、下級保護的配合，使保護有選擇性地切除故障，且能縮短主變低后備保護的動作時間。

4）35kV變電所備自投不應經線路差動保護起動，以防止因一個供電分區內上級變電所母線故障時，備自投無法起動導致的停電范圍擴大。

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