南昌地铁2号线三级负荷总开关消防切非后自复失效原因分析及对策

　　【摘要】南昌地铁2号线低压配电系统设置了三级负荷总开关和自投自复逻辑，其中，三级负荷总开关具有失电自切和来电自复功能，该自复功能在三级负荷总开关消防切非后失效。论文通过介绍变电所低压配电系统方案、自投自复逻辑以及消防切非原理，分析了三级负荷总开关在消防切非后自复功能失效的原因，并提出了解决措施和优化方案。

　　【关键词】地铁;三级负荷总开关;自投自复;消防切非

　　1引言

　　南昌2号线低压配电系统低压母线采用分段单母线接线，设置母线分段断路器，并设置了三级负荷母线和三级负荷总开关[1]。正常运行时，低压母线分段断路器断开，两路电源同时运行，各带全部负荷的50%，2个低压进线断路器和母线分段断路器设置电气联络，3个断路器只能同时2个合闸。

　　当1台变压器退出运行时，进线断路器失电跳闸并联跳两段母线上的三级负荷总开关，以切除变电所内全部三级负荷，母联分段断路器投入，由另1台变压器负担供电范围内的一、二级负荷。三级负荷总开关具有来电自复功能，退出运行的变压器恢复运行后，母联分段断路器断开，三级负荷总开关自动合闸，恢复全所正常运行方式。三级负荷总开关的失电自切和来电自复功能可以简化运营操作程序，提高低压配电系统的自动化程度[2]。

　　当火灾发生时，为了避免非消防线路在火灾情况下发生短路、过载等引发危害人身安全等次生灾害，保证消防电源的供电可靠性，火灾自动报警系统(以下简称FAS)应根据火灾涉及区域和配电范围，通过低压断路器分励脱扣装置在变电所切断相关区域非消防负荷(以下简称切非)[3,4]。南昌2号线低压配电系统的自投自复功能，使三级负荷总开关接收到FAS专业的切非信号分闸切除全部三级负荷后，自复功能失效。本文在介绍低压配电系统方案、控制逻辑方案与消防切非原理的基础上，对三级负荷总开关切非后自复功能失效的原因进行了深入的分析，并提出了解决措施。

　　2低压配电系统方案

　　2.1系统运行方式

　　南昌2号线低压配电系统采用分段单母线接线形式，2台变压器分列运行。供电运行方式如下：1)正常运行时，2个进线断路器3101A、3101B处于合位，分别向两段母线供电，母联断路器3100处于分位。2)自动投入：当一路进线电源故障时，故障段进线断路器失电跳闸，并同时联跳两段母线上的三级负荷总开关(3111A或3111B)。通过判断另一路电源正常且该段进线断路器处于合位时，合上母联断路器，由一路电源向全所一级、二级负荷供电。3)来电自复：当故障恢复后，检测到两路电源均有电后，母联断路器自动分开，恢复两回进线供电，并经延时投入三级负荷总开关，恢复到正常运行方式。4)若两路进线断路器电源侧全都失压，进线断路器、母联断路器均分闸动作，来电后进入自投或自复。

　　2.2三级负荷总开关来电自复逻辑

　　南昌2号线低压配电系统Ⅰ段母线三级负荷总开关3111A的自复逻辑图如图2所示。当任何一段进线断路器失电分闸后，断开两段母线上的三级负荷总开关。电压恢复后，经延时自动跳开母联断路器3100，并合上恢复来电母线段的进线断路器。通过判断2个进线断路器3101A、3101B处于合位且母联断路器3100处于分位，经延时自动投入两段母线上的三级负荷总开关，恢复到正常运行方式。Ⅱ段母线三级负荷总开关的自复逻辑同理。在火灾情况下，需切除低压配电系统中的三级负荷，以保证消防设备电源的稳定及线路安全，故三级负荷总开关的来电自复逻辑中须进行判断，避免在火灾状态下执行合闸命令。南昌2号线低压配电系统通过判断FAS系统发出的切非信号来判断是否处于火灾情况。

　　2.3FAS消防切非原理

　　FAS控制主机与低压断路器的分励脱扣器通过硬线控制，由FAS对低压断路器进行非消防电源的切断，并接收低压断路器动作反馈信号。火灾发生后，FAS通过控制模块向低压配电系统提供直流24V消防切非控制信号，由于分励脱扣线圈为短时工作制，线圈通电时间不能超过1s，否则容易烧毁，故在对应的非消防负载断路器上再加装一个中间继电器，将分励脱扣器接入中间继电器的常开触点上，中间继电器的常开触点串联到断路器的分励脱扣线圈回路中，通过控制模块、低压开关柜内的中间继电器与断路器上的分励脱扣器配合完成非消防负荷的切除。非消防电源被消防联动系统强制切除后，低压配电系统需向FAS主机提供一个反馈信号以确认分励脱扣器动作。为了避免中间继电器动作后断路器因故障无法动作，一般不从中间继电器的辅助触点向FAS主机提供反馈信号，而是通过断路器的辅助触点反馈动作信号。

　　3三级负荷总开关消防切非后自复失效原因分析

　　调试过程中，在消防测试后，低压配电系统的三级负荷总开关自复功能故障。经分析，南昌2号线FAS向低压分励脱扣器提供的切非控制信号为脉冲信号，分励脱扣器接收到切非控制信号后分闸断路器，火灾状态解除后，由工作人员人工核实后现场手动合闸。为了防止三级负荷总开关在火灾状态下自动合闸，低压配电系统将此信号接入中间继电器，通过中间继电器输出信号到分励脱扣器断开三级负荷总开关，并同时输出给PLC，在PLC中保持“消防切非信号”状态，闭锁三级负荷总开关的自动合闸功能。消防状态解除后，灾后恢复的操作一般由人工确认，人工操作，故FAS不提供火灾状态解除信号。PLC中的“消防切非信号”状态一直保持，即逻辑中始终认为在火灾状态，从而导致三级负荷总开关自动合闸功能失效。

　　4南昌2号线解决方案及分析

　　根据出现的三级负荷总开关在消防切非后自复功能失效的情况，本文提出了几种解决方案，分析如下：

　　1)由于南昌1号线FAS向低压配电系统提供的切非控制信号为电平信号，南昌2号线FAS如果提供的切非控制信号改为与1号线一致的电平信号，则低压配电系统PLC无须自保持，而是通过FAS提供的消防切非电平信号进行保持。消防状态解除后，FAS释放“消防切非信号”，同时三级负荷总开关的自复功能恢复。然而切非控制采用电平信号缺点也较明显，北京地铁4号线项目中曾出现脱扣器较紧，脱扣器分励不下来导致线圈长期带220V电压过热，烧毁分励线圈和继电器触点，造成了设备损害的情况[5]。

　　2)FAS在火灾状态解除后提供火灾状态解除信号，发送给三级负荷总开关的中间继电器，向PLC提供火灾状态解除信号以释放PLC中自保持“消防切非信号”。由于运维专业之间的界面问题，FAS专业认为如果提供解除信号的话，三级负荷总开关会自动合闸，该电源的合闸操作有可能被误认为是FAS专业执行的，而对切非的断路器进行合闸应在火灾状态解除后，原则上应由低压配电系统专业操作人员现场确认，并手动对切非断路器合闸操作。此方案与运维人员的操作规程和分界有冲突。

　　3)取消三级负荷总开关的自复功能，也就不存在自复失效的问题。但当出现一段失压的故障运行方式时，电压恢复后，需要现场或者远程合闸三级负荷总开关。三级负荷总开关的自复功能旨在简化运营操作程序，提高低压配电系统的自动化程度，取消该功能并不合理。

　　4)在0.4kV开关柜上增加“消防切非闭锁解除”物理按钮，在火灾状态解除后，由低压配电系统专业操作人员通过按钮释放PLC中的“消防切非信号”保持信号，恢复三级负荷总开关的自复功能。消防状态解除后，低压配电系统的电源恢复送电由低压配电专业操作人员现场对已切非的回路手动合闸，手动操作“消防切非闭锁解除”按钮恢复三级负荷的送电操作符合灾后恢复的送电原则，再者此方案的改造量较小，也尽量减少了运营维护界面上的冲突。结合工程进度及运维分界，最终采用方案4解决了南昌2号线三级负荷总开关切非后自复功能失效问题。对于后续工程，应针对低压配电系统的自投自复功能和FAS的设计原则，细化低压配电系统与FAS的接口设计，优化解决方案。

　　5结语

　　通过分析南昌地铁2号线低压配电系统方案、控制逻辑及消防切非原理，针对三级负荷总开关在火灾状态下切非后自复失效的问题，提出了多种解决方案，并结合南昌2号线工程实际情况采用了最优的方式解决了该问题，确保了系统的稳定、安全和自动化。本文提出的解决方案在南昌2号线首通段运营以来取得了良好的效果，为后续及新建线路工程项目提供了指导性的解决方案。

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　　【参考文献】

　　【1】杨兴山.对三级负荷总开关的设置分析[J].都市快轨交通,2012(1):98-100.

　　【2】JGJ16—2008民用建筑电气设计规范[S].【3】张洪陵.浅谈地铁低压配电自投自复功能的设置[J].电气化铁道,2011(3):42-45.

　　【4】刘亚静.浅谈分励脱扣器在切非消防负荷中的应用[J].硅谷,2011(14):132-133.

　　【5】何晶.地铁消防联动切非方案刍议[J].电气技术,2010(11):77-78.