地铁低压配电系统四极框架断路器应用的可靠安全性分析

地铁低压配电系统四极框架断路器应用的可靠安全性分析

张宇怀

广州白云电器设备股份有限公司技术中心

摘要：地铁站厅低压配电系统的进线框架断路器和母联断路器采用四极框架断路器，给地铁项目的低压配电系统带来全新的安全性和可靠性，保证工程设备的运维极大的方便和完全的防触电措施，为以后的项目的设计带来全新的安全设计理念，本文根据东莞市城市快速轨道R2线工程项目低压配电系统四级框架断路器应用情况，分析其在全段站点应用的可靠安全性。

关键词：低压配电系统四极框架断路器进线母联接地系统可靠性安全性

引言：

东莞市城市快速轨道R2线（以下简称R2线）是一条东莞市由北部-西南方向的市域快速干线，连接东莞西部城镇密集带的客运交通走廊。线路经过东莞中心城区和东莞西部经济最为发达的地区，居住人口密集、交通繁忙，是东莞轨道交通网络的骨干线路之一，社会意义巨大。地铁站厅供配电系统的安全性和可靠性对地铁运行造成很大的影响，所以对各站点的低压配电系统要求很高。笔者有幸参加本项工程的工厂化电气设计，全程参与项目的设计联络，结合多年在地铁的安全设计理念，提出了所有的低压配电系统进线框架断路器和母联断路器采用施耐德电气公司的MT系列四极框架断路器，下面结合项目的使用情况分析其对低压配电系统带来更新的安全性和可靠性。

一．地铁低压供配电系统

R2线工程各站点低压配电系统设计，根据负荷分类，车站动力、照明负荷按其重要性，分为一、二级及三级负荷。一级负荷由降压变电所一、二段母线各提供一路电源供电并在末端自投，以实现不间断供电，如BAS、FAS、AFC、通信、信号、屏蔽门、消防泵、气体灭火、环控电控室一、二段母线等。二级负荷由降压变电所一段或二段母线提供一路电源，在变电所处切换，必要时可以切除，如污水泵、雨水泵、自动扶梯、直升电梯、正常照明等。三级负荷由降压变电所三级负荷母线提供一路电源，当变电所只有一路电源时必须切除，如广告照明、冷水机组、环控电控室三段母线等。

R2线工程低压配电系统采用三相四线制配电系统和TN-S接地保护系统，运行方式和设计整体规划为：低压0.4kV母线为单母线分段，设置母线分段断路器，即两进线一母联方案。正常运行时，两台进线低压断路器均投入运行，母联断路器处于分闸位置，0.4kV母线分段运行。当其中的一路电源失去电压时（带延时、时间可整定），该进线断路器延时跳闸，母线分段开关自动投入，且同时自动切除三级负荷，由另一路电源承担全部一、二级负荷，当该电源电压恢复，母线分段开关自动分闸，该电源进线开关自动投入，三级负荷自动恢复供电。备用电源失压自投、来电自复的过程由继电器控制。进线手动分闸及进线故障跳闸时，母线分段开关不能自投。0.4kV的进线断路器、母线分段断路器、多功能表、PLC等均具有数据传输功能，可以与上位机进行数据传输，并可通过PLC实现进线、母联、三级负荷开关的远方控制。

从设计整体规划来看，地铁的低压配电系统是按双电源进线，同时设有分断母联柜，这两段单母线系统之间有切换的要求，基于对以后检修维护及运行安全性和可靠性需求，选用四极断路器，在进线侧，和分断母联功能上是必要的。

二.框架断路器四极使用原则

MT系列框架断路器是施耐德电气公司旗下的全球性产品，其智能化的性能安全，可靠，被广泛的选用在地铁低压配电系统中，在昆明地铁1号线，南宁地铁1号线等更多地铁项目逐渐被选用，根据施耐德电器选型手册介绍和《民用建筑电气设计规范》，框架断路器选用四极开关的原则如下：

1.根据IEC465.1.5条规定，正常供电电源与备用发电机之间的转换断路器应使用四极断路器。

2.带漏电保护的双电源转换断路器应采用四极断路器，两个上级断路器带漏电保护，其下级的电源转换断路器应使用四极断路器。

3.在两种不同接地系统间电源切换断路器应采用四极断路器。

4.TT系统的电源进线断路器应采用四极断路器。

5.IT系统中当有中性线引出时应采用四极断路器。

6.有双电源切换要求的系统必须选用四极断路器，以满足整个系统的维护、测试和检修时的隔离需要；由于系统中所有的中性线（N线）是通联的，使用四极断路器确保被切换的电源开关（断路器）的检修安全。

由于地铁站中低压成套开关设备有独立配电房来安装，其接地系统为独立的，不与轨交系统的接地网相连，基于上述第6点的要求，在将来系统检修，维护和测试的可靠安全的隔离需要，确保电源侧能被彻底隔离，保证检修人员的安全，所以进线断路器、分断母联用断路器选用四极开关也是非常有必要的。

三．接地系统与防触电的安全性分析

为了防止人身间接触电以及配电线路由于各种原因而遭损坏，引起火灾等事故，保证设备和线路的安全可靠性，我国现行的电气设计、施工等有关规范都提出了在低压配电线路中需设置接地故障保护。国家标准GB50054－95《低压配电设计规范》第4.4.10条明确指出了采用接地故障保护的两种方法，零序电流保护与剩余电流保护（亦称漏电电流保护）。

此两类接地故障保护是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，即ΣI=0，并且都用零序C.T作为取样元件。在线路与电器设备正常情况下，各相电流的矢量和等于零（对零序电流保护假定不考虑不平衡电流），因此，零序C.T的二次侧绕组无信号输出（零序电流保护时躲过不平衡电流），执行元件不动作。当发生接地故障接地，各相电流的矢量和不为零，故障电流的零序C.T的环形铁芯中产生磁通，零序C.T的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。

MT系列框架断路器采用四极接地故障保护是不需要另外配置附件，断路器本身的智能脱扣器单元内部已经有对应的互感器来精确测量并在单元上有逻辑判断，而三级断路器还需要另外配置中性性互感器接头来连接N线，多一个接点就多一个故障点，在本工程中，基于四极断路器更为准确设置接地故障保护电流，对防触电保护，单相接地故障保护等更具安全性和可靠性。

四．分析各站点四极框架断路器经济性

根据设计的整体要求和规划，R2线中全部25个站点，均采用相同低压配电方式，这些站点的用电负荷容量大体相当，同样采用该型号的框架断路器，可以给检修和运行带来很好经济性，互换性强，减轻备品备件的库存，从整体项目经济分析来看，其经济性优于采用3级带接地故障保护的配置，同时MT系列断路器是施耐德电气旗下的优异品牌产品，其优越的性能可以保障地铁低压配电系统的可靠性和安全性，若地铁在营运过程中发生接地故障，低压配电系统中的供电会根据智能化的控制要求提前进行预判及紧急报警，为乘客自救或其他部门进行营救赢得时间；对切断故障线路，保障地铁的安全运行有很大的意义。四极断路器的隔离功能，可以满足整个系统迅速的维护和检修，其间接防触电方式给维保人员带来极大的安全性。

五．结论

东莞市城市快速轨道R2线工程各站点低压配电系统设计，选用施耐德电气公司的MT系列四极框架断路器，给地铁项目的低压配电系统带来全新的安全性和可靠性，保证工程设备的运维极大的方便和完全的防触电措施，为以后的项目的设计带来全新的安全设计理念。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准，GB50054-95，低压配电设计规范，北京：中国计划出版社，2012

[2]电气装置应用设计指南第二版（依据国际电工委员会IEC国际标准的规定）法国施耐德电气有限公司编施耐德电气（中国）投资有限公司译，北京：中国电力出版社，2006。

[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008主编单位：中国建筑东北设计研究院。

[4]东莞市城市快速轨道R2线工程施工图设计及工厂化设计文件