摘 要：对地铁TN-S低压配电系统中主进线开关、母联开关、馈线开关、双电源切换装置开关极数选择与配合进行分析总结，提出选择方案，并分析可能存在的问题，为地铁类似工程建设提供建议。
关键词：城市轨道交通；供电系统；低压开关极数；断零
目前国内城市轨道交通建设如火如荼，各一线、二线城市均有轨道交通在建或运营项目。城市轨道交通供电系统中，低压配电系统作为轨道交通建设运营中至关重要的一个系统，和普通民用低压配电系统有着很多不同，它为整个轨道交通车站内的安全运营提供重要保障。但是，城市轨道交通低压配电系统（从配电变压器至负荷终端）中各开关（断路器、馈线开关、双电源切换装置等）应该选择三级开关还是四级开关，目前国内没有明确的规范规定，配置形式多种多样，由此可能带来很多安全隐患、设备损毁等问题。本文对地铁TN-S低压配电系统进行分析，提出针对性的开关极数选择及配合方式，以供设计人员参考。
本区含石墨斜长角闪岩和含石墨大理岩与各类围岩之间存在明显的电性差异，含石墨矿岩石的电阻率最低，因此开展自然电场法测量可以形成低的电位差，为本区寻找石墨矿开展自然电场电位、激电工作提供了地球物理前提。
目前，国内城市轨道交通低压系统接地普遍采用TN-S系统，整个系统的中性线（N）与保护线（PE）分开设置，如图1。并且由于地铁运营的特殊性，设置2台配电变压器，分列运行，并设母联开关。当1台配电变压器退出运行时，进线开关分闸，母联开关合闸，以满足用电设备的负荷要求。
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水体和底层溶氧低、水体易分层、水体交换能力差：①多开增氧机和爬水机，滚动和震动水体，促进水体上下层交换，防止溶氧、水温分层，工作基本点必须围绕溶氧。增氧机并不产氧，而是起到活络水体和输送氧的作用，70%以上的溶氧是依靠藻类光合作用生产提供的，可见适时适量培藻，保持藻类新陈代谢非常重要。②水质好坏决定溶氧高低。藻相的好坏决定了水色，水色的好坏可以判断溶氧的高低，所以冬棚养殖一定要养护好水质，才能保证溶氧充足。需对水质不定期的修复和保养，千万不要等到水质变坏了才去调改，既费成本又很难调。
正常运行方式下，电流经过负载通过N线回流至相应的配电变压器，此为正确的电流回路。
目前，国内城市轨道交通低压进线开关、母联开关的极数选择有以下4种方式：（1）进线开关及母联开关均采用三极开关；（2）进线开关采用三级，母联开关采用四极开关；（3）进线开关采用四级，母联开关采用三极开关；（4）进线开关及母联开关均采用四极开关。下文将分别对这几种方式进行分析。
图1 T N-S系统示意图
（1）方式一：进线开关及母联开关均采用三极开关。系统的实际接线为N线和PE线在配电变压器中性点接地。用电设备产生的三相不平衡电流需返回配电变压器中性点，由于N和PE两点接地，电路的回流经过1段N线和2段N线及PE线返回（见图中2的箭头），该电流大小与N线和PE线的阻抗有关。对各个电路路径中的电阻从A、N端进行等效简化，简化电路如图2所示（不包括人员触碰电阻R人）。
图2 方式一正常方式下电流不正确流向
根据等效电路图，如果此时有人员触碰开关柜外壳或N线，此时等效电路如图3所示。根据等效电路计算此时经过人体的电流大小，各电阻如表1所示。
图3 方式一人触碰壳体等效电路
表1 各电阻值统计
电阻名称电阻值备注 N线电阻/mW0.263×(100×10) + 80×8母排，电阻值为0.026 mW/m，假设长10 m。 PE线电阻/mW1.7450×5母排，电阻值为0.087 mW/m，假设长20 m。 接地电缆电阻/mW1.821×240 mm2电缆，电阻值0.091 mW/m，假设长20 m。 人体电阻/W2 000人体电阻因人而异，身体内部组织电阻约为600 W，皮肤电阻则与表皮湿度、粗糙程度、接触面积有关，一般人体电阻在2 kW左右。
根据DL/T 1102-2009《配电变压器运行规程》，Dyn11接线的配电变压器运行时的三相电流不平衡度应小于25%，变压器中性线电流不能超过变压器额定电流的40%。假设配电变压器容量为1 600 kV·A，则中性线（N线）不平衡电流约为1 700 A，根据电阻分压原理，经过人体的电流约为0.3 mA，如果再计入导线和母排等节点的过渡电阻，或此时有一段母线进行检修作业，母联开关合闸，此时经过人体的电流将达到人体所能感知甚至人体的临界值。根据人体耐受电流的要求（表2）可知，经过人体的电流将使人体感到麻木甚至产生危害，该情况对运营人员的人身安全可能产生威胁。
表2 人体耐受电流参考值
电流值/mA电流作用时间/s人体反应 11刚有麻木感觉。 51人体无害最大电量。 10～201将人体弹出，发生痉挛使手握紧。 501痛感，可能因恐惧而昏倒，但心跳及呼吸功能仍能持续。 100～2001出现心室颤动，但呼吸中枢仍能正常。 6 0001心肌处于收缩状态，暂时性呼吸麻痹，可能发生电烧伤，若通电时间大于1 s，则上述影响大大加重。
（2）方式二：进线开关采用三级、母联开关采用四极开关。该方式正常供电时，PE线不会有电流，电流流向均正确。但在检修或故障时，2号配电变退出，2号进线开关分闸，母联开关合闸供电，将会有电流流过2段中性线、PE线，存在与方式一电流流向相同的情况，电流方向如图4中所示。同样，1号配电变退出时也存在相同的情况。
图4 方式二检修或故障状态电流不正确流向
（3）方式三：进线开关采用四级、母联开关采用三极开关。该方式正常供电时，PE线中也会存在和方式一相同的电流，电流方向如图5所示。检修及故障方式下电流正常。
（4）方式四：进线开关及母联开关均采用四极开关。该方式正常供电时，N线在母联开关处断开，不平衡电流按图6中箭头所示流回1号配电变压器中性点。当检修及故障时，2号配电变压器退出，2号进线开关分闸，母联开关合闸供电，N线在2号进线开关处断开，电流按图7中箭头所示流回1号配电变压器中性点。
图5 方式三正常状态电流不正确流向
图6 方式四正常状态下电流正确流向
图7 方式四检修及故障状态下电流不正确流向
三级负荷均为单电源供电，所以三极负荷总开关相对于下级配电来说是单电源，不平衡电流只能按图8中箭头所示流回配电变中性点。检修和故障时，根据运行工况要求，三级负荷需要切除，所以不存在电流不正确流向的问题。
图8 三级负荷总开关电流流向
其他负荷的馈出线路由于一般先经过400 V侧馈出开关，然后经过双电源切换开关（ATS），由于馈出开关不存在改变运行方式的问题，所以与三级负荷总开关类似采用三级开关即可。
双电源切换装置开关（ATS）是影响运行方式的开关，其极数选择有如下2种方式。
我们可以感受到一种力量的美，它刚劲而又柔美。陶瓷工匠们需要在窑炉前等待很久。然后，在某个黎明时分，带着预期中的悲喜交集，当窑炉的门再次开启，土坯们已然露出幽微的冷光，它们像一条条蜕皮的蛇，安静地躺在窑里。轻烟翻滚，从窑洞里源源涌出，直上天穹。烧瓷人忍不住跪倒在地，顶礼膜拜……
（1）采用三极开关。如图9所示，正常供电时，双电源切换装置的主电源来自1号配电变压器，母联开关处于分闸状态。此时，不平衡电流会流过2回进线的N线，经过PE线返回1号配电变压器的中性点，电流未按照指定的路径流动，PE线也有电流流入，并且此时如果进线设有接地故障保护，由于N线的分流，将导致N线电流及剩余电流测量不准。
图9 双电源切换装置三级开关电流流向
（2）采用四极开关。如果双电源切换装置开关采用四级开关，无论正常状态还是故障检修状态，电流均可按照正确路径回到变压器的中性点，如图10所示。
图10 双电源切换装置四级开关电流流向
通过以上分析可知，城市轨道交通变电所低压配电系统中，400 V配电主进线开关、母联开关、下级双电源切换进线开关采用四极开关，其他馈线开关均可采用三极开关，由此可能会带来“断零”的风险：N线断线后，正常接于相线和N线之间的单相设备串联接于线间，由于线电压是相电压的
地铁用电负荷存在很大的季节性波动，并且长期处于地下湿热运行环境，对于设备的安全运行及人员安全防护要求较高。通过对各种轨道交通低压配电系统开关极数的分析及结合运营线路的实际经验，提出城市轨道交通变电所低压配电系统主进线开关、母联开关、下级双电源切换进线开关采用四极开关，其他开关采用三极开关的方案。该方案经济实用，能确保系统在各种运行工况下的安全运行，并保障运维人员的人身安全，对提升供电质量及保护动作精度也有很好的作用。
在线黏度测量和DCS技术的结合，应该是树脂行业的发展趋势，借助于DCS的数据处理功能，结合专家系统和一定的人工智能，可以将在线测量结果进行转换并找到最佳的控制点和控制区间，最终实现批次的反应过程和最终产品的质量稳定，真正实现自动化生产，见图7。
参考文献：
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[6] 周京. 浅谈“断零”烧坏单相设备事故的防范措施[J]. 防爆电机，2018（6）：48-51.
Abstract: The analysis and summarization are made for selection and coordination of switch poles for main incoming line switches, bus bar switches, feeder switches and dual-source switching devices in subway TN-S low voltage power distribution systems, the selection schemes are put forward and the potential problems are analyzed, providing references for construction of similar subway projects.
Key words: Urban mass transit; power supply system; number of low voltage switch poles; breaking of neutral line
中图分类号：U231.8
文献标识码：B
文章编号：1007-936X(2019)04-0049-04
DOI：10.19587/j.cnki.1007-936x.2019.04.014
收稿日期：2019-04-09
作者简介：饶棪毓.中国铁路设计集团有限公司，工程师。
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