基于控制层传输基础上的高压联络闭锁在越江隧道中的应用与实例

1.工程概况
　　随着快速路网对于城市交通的影响越来越大，越江隧道作为其中一个重要的环节，其作用也愈发显著。由于隧道的特殊性，一旦发生供电故障，不但会导致临近交通的瘫痪，而且可能危及隧道内人员及车辆安全。因此确保隧道供电对整个隧道营运及周边正常生产生活有着至关重要的作用。
　　越江隧道供电系统一般采用四路供电的方式，从浦东、浦西各引二路10KV电源进入浦东、浦西工作井对全隧道供电。当两路电源中一路断电时，另一路承担其范围内所有一、二类负荷。浦东、浦西变电所中间设一路10KV联络电缆，联络电缆两侧设联络开关，只有在一侧的两路10KV全部失电的情况下，通过联络电缆进行供电。由于如果在供电侧并未完全失电或者2路进线电缆未全部分闸的情况下对其通过联络电缆送电将会引起外线高压供电线路的故障、引起大面积电网事故，甚至导致外线检修人员生命安全，故越江隧道高压联络闭锁是整个越江隧道供电系统的重中之重。
2.传统隧道的高压联络
　　传统隧道高压联络闭锁一般采用机械闭锁、电气闭锁，或者两者兼顾的保护方式以减少隧道养护及管理人员误操作的可能性，以确保隧道供电以及周边公用电网的稳定运行。其中机械闭锁是采用设置在高压进线柜及联络柜上安装一套必须将钥匙插在锁上方能动作的附件，利用钥匙少于锁的方法确保进线柜和联络柜不能在同一时间合闸；电气联锁是采用一根跨江专用控制电缆将两端工作井内的高压柜的状态信号传输至高压柜内的综合保护继电器进行判断是否允许合闸。
　　无论机械闭锁还是电气闭锁，由于其本身原理的限制，其存在不可避免弊端。
　　机械闭锁虽然相对可靠，但是本地断电及远端送电的确认、判断以及信息传递过程均需人工完成。虽然最大程度上保证了外线电网的稳定和安全，但是对于隧道本身，却存在人工操作相对复杂，紧急情况下很难在最短时间内恢复失电设施的供电；而且由于确认、判断及信息传递过程的工作均由人工完成，其依旧存在人员因素导致影响道内供电的可能性。
　　电气闭锁虽然最大程度的减少了人工确认、判断及数据信息传输，但是由于依靠专用通信电缆传输信号，假若电缆发生损坏或者断裂引起的信号不稳定甚至数据不能传输无法在第一时间发现，会导致高压联络系统的隐患，可能会引起局部的误操作影响的相关的供电设施。
　　而两者同时使用，一方面，虽然在确保外线电网稳定的前提下，降低了人员因素导致的影响、大大增加了应急处理能力，但却依旧无法对闭锁设施本身进行实时监控。另一方面，很大程度上提高了系统成本。
3.通信闭锁
　　随着光纤数据通信的不断进步与普及，一种与传统越江隧道不同的高压联络方式逐渐应用于隧道供电系统，其摒弃了传统机械连锁和传统的硬接点电气连锁的方式，而是采用了一种更为便捷、有效、可靠的连锁方式：通信电气连锁。
　　通过配置于远端工作井内高压柜上的综合保护继电器将闭锁相关的信号发送给其所在位置的电力监控系统专用PLC，并由其将数据转送至其就地区域主PLC。而后，利用整个隧道控制层传输系统的光环网将此数据传送至近端区域主PLU，并转发至近端电力监控系统专用PLC。近端电力监控PLC将其从就地收集到的高压闭锁相关信号与从近端区域主PLC接收到的数据汇总，根据联络闭锁的条件进行逻辑判断，并将判断结果（允许合闸和禁止合闸）发送至高压联络柜上的综合保护继电器。由综合保护继电器完成高压联络的闭锁，以杜绝误操作等人为因素导致的供电系统事故作为世博专用隧道的西藏南路越江隧道，便是基于此原理对高压联络完成闭锁保护及控制，具体方式如下。
　　3.1　供电系统主结线构架：
　　采用浦东、浦西各引两路进线，浦东I段与浦西II段以专用跨江10KV电缆联络的供电方式。联络电缆及联络开关只有在一侧两路进线全部失电的情况下才可以人工操作方式投入，且10KV联络电缆处于热备状态（10KV联络开关平时浦西常闭、浦东常开），具体构成如图1所示。


　　3.2　高压联络控制原理
　　由分别布置在浦东浦西配电间内的电力监控专用PLC（浦东PLC6及浦西PLC5）分别从进线总保护柜（DH1、DH11、XH7）、变压器柜（DH4、DH5、DH7、DH8、XH3、XH5）、联络柜（DH6、XH4）的综合保护继电器上采集高压系统的状态信号；通过综合监控的控制层传输系统环网，将所需闭锁的条件传输给需要动作的联络柜所在的电力监控专用PLC，由其对所采集的信号进行逻辑判断，并将结果发送给联络柜的综合保护继电器，由其允许或者禁止联络柜合闸。具体构成如图2。


　　3.3　高压连锁条件、原理及实现方式：
　　为确保整个隧道供电系统不对外线电网造成影响，并且在极端恶劣的情况下（单侧外线电网全部无法正常供电）整条隧道的基本功能，西藏南路越江隧道供电系统高压闭锁逻辑关系如下：
　　浦东进线全部失电，由浦西供电时，允许合闸的连锁条件：
　　⑴允许合闸的闭锁条件（与条件）：
　　由于在正常运行状况下，浦西高压联络柜XH4处于热备用状态，联络电缆有电（由浦西II段供电），故当需要从浦西往浦东送电时，仅需要从浦东侧判断闭锁条件即可，具体如下：
　　①浦东一段进线柜DH1手车处于试验位置。以此确保联络电缆供电时不对外线电网反送电造成的电网波动和外线电网检修隐患。
　　②浦东一段电压互感器柜DH3手车处于工作位置且浦东一段母线无电。以此确保浦东一段确实失电，以避免由于错误信息导致两侧受点而造成的电网及设备的损坏。
　　③浦东联络柜DH6电压互感器手车处于工作位置且联络电缆有电。以此确认浦西侧联络柜及联络电缆工作正常，能在浦东联络柜DH6合闸后顺利对浦东侧供电。
　　④浦东联络柜正常且断路器手车处于工作位置。以此确认本柜无故障，本柜具备合闸条件。
　　⑵实现方式：
　　①采集：以上闭锁条件相关信号中DH1手车处于试验位置、DH3PT手车处于工作位置从置于一段高压进线柜DH1上综合保护继电器采集；DH6PT手车处于工作位置、DH6状态正常、DH6断路器出车处于工作位置、联络电缆有电从置于浦东联络柜DH6上的综合保护继电器采集；而浦西二段进线失电信号则通过直接采集DH1组合继电器电压信号后比较三相线电压的实际值与10kV的大小，当小于25%时视为失电。
　　②传输、处理及执行：将从各个就地高压柜上的采集的信号通过modbus协议上传至浦东配电间内的中央信号屏，经过逻辑运算后，在通过modbus协议向浦东联络柜DH6写入合闸允许/复位控制的命令。只有当DH6获得合闸允许命令时，方可人工进行合闸操作。
　　浦西进线全部失电，由浦东供电时，允许合闸的连锁条件：
　　⑴允许合闸的闭锁条件（与条件）：
　　由于浦西联络柜XH4原处于热备状态（断路器为合闸状态），浦西两路失电后XH4断路器状态并未发生改变，仅联络电缆失电，故当需要从浦东往浦西送电时，仅需要从浦东侧判断闭锁条件即可，具体如下：
　　①浦西二段进线柜XH7手车处于试验位置。以此确保联络电缆供电时不对外线电网反送电造成的电网波动和外线电网检修隐患。
　　②浦西二段电压互感器柜XH6手车处于工作位置且浦西二段母线无电。以此确保浦西二段确实失电，以避免由于错误信息导致两侧受点而造成的电网及设备的损坏。
　　③浦东联络柜DH6电压互感器手车处于工作位置且联络电缆无电。以此确认浦西侧联络柜及联络电缆确实由于两路外线失电不再处于热备状态，以避免造成联络电缆两侧受电致使设备损坏。
　　④浦东联络柜正常且断路器手车处于工作位置。以此确认本柜无故障，本柜具备合闸条件。
　　⑵实现方式：
　　①采集：以上闭锁条件相关信号中XH7手车处于试验位置、XH6PT手车处于工作位置从置于二段高压进线柜XH7上综合保护继电器采集；DH6PT手车处于工作位置、DH6状态正常、DH6断路器出车处于工作位置、联络电缆有电从置于浦东联络柜DH6上的综合保护继电器采集；而浦西二段进线失电信号则通过直接采集XH7的组合继电器电压信号后比较三相线电压的实际值与10KV的大小，当小于25%时视为失电。
　　②传输、处理及执行：将从各个就地高压柜上的采集的信号通过modbus协议以及综合监控系统控制层传输系统的光环网上传至浦东配电间内的中央信号屏，经过逻辑运算后，在通过modbus协议向浦东联络柜DH6写入合闸允许/复位控制的命令。只有当DH6获得合闸允许命令时，方可人工进行合闸操作。
　　全隧道正常运行时，联络电缆充电（允许热备）的连锁条件：
　　⑴允许合闸的闭锁条件（与条件）：
　　隧道高压检修或者故障导致高压联络停止工作后，为了确保恢复投入供电时高压联络确实具备热备合闸的条件，具体如下：
　　①浦东联络柜DH6手车处于试验位置。以此确保联络电缆供电时不会造成浦东一段母排两侧供电，损坏设备。
　　②浦西二段电压互感器柜XH6手车处于工作位置且浦西二段母线有电。以此确保浦西联络柜XH4合闸时不会造成两侧供电，损坏设备。
　　③浦西联络柜XH4电压互感器手车处于工作位置且联络电缆无电。以此确认浦西侧联络柜及联络电缆确实由于两路外线失电不再处于热备状态，以避免造成联络电缆两侧受电致使设备损坏。
　　④浦东联络柜正常且断路器手车处于工作位置。以此确认本柜无故障，本柜具备合闸条件。
　　⑵实现方式：
　　①采集：以上闭锁条件相关信号中DH6手车处于试验位置从置于浦东联络柜DH6上的综合保护继电器采集；XH4PT手车处于工作位置及联络电缆无电从置于浦西联络柜XH4上综合保护继电器采集；XH6PT手车处于工作位置从置于二段高压进线柜XH7上综合保护继电器采集；而浦西二段进线有电信号则通过直接采集XH7的组合继电器电压信号后比较三相线电压的实际值与10KV的大小，当小于25%时视为失电，否则即为有电。
　　②传输、处理及执行：将从各个就地高压柜上的采集的信号通过modbus协议以及综合监控系统控制层传输系统的光环网上传至浦东配电间内的中央信号屏，经过逻辑运算后，在通过modbus协议向浦西联络柜XH4写入合闸允许/复位控制的命令。只有当XH4获得合闸允许命令时，方可人工进行合闸操作。
4.现场调试
　　为确保整个闭锁回路的正常工作，在高压联络投入运行前需要对各个闭锁条件进行核对和检查。由于西藏南路隧道高压闭锁系统是在受点后完成的，如若每个信号动作都通过实际操作核查，不仅存在一定的危险性（短时间内来回切换高压对外线电网和设备会造成很大负担），而且会影响整个隧道的正常运营。故本隧道高压联络的调试采用现场动作配合部分信号模拟的方法进行调试。
　　4.1调试方法
　　为最少限度影响隧道正常运营，调试过程中仅切断直接对联络电缆供电的两路外线（浦东I段和浦西II段）。再此前提下分别对闭锁相关的条件一一核对。
　　其中无法通过现场操作获得的信号（采集高压得失电信号）中，浦东I段及浦西II段高压得失电信号通过电力监控系统模拟；联络电缆得失电信号由联络柜内硬接点模拟，输入综保及电力监控系统进行判别。而后，待正常供电时/电势时对相应信号进行核对。
　　4.2调试流程
　　1）浦东DH6调试
　　浦东向浦西送电：
　　⑴确认浦西II段高压断电，浦东I段断电，XH7手车置于试验位置，XH6PT手车处于工作位置。
　　⑵确认联络电缆无电
　　⑶将DH6PT手车置于工作位置
　　⑷查看DH6是否可以合闸（能）
　　⑸将DH6PT手车置于试验位置
　　⑹查看DH6是否可以合闸（不能）
　　⑺将XH7手车置于工作位置
　　⑻查看DH6是否可以合闸（不能）
　　⑼将XH6PT手车置于试验位置。
　　⑽查看DH6是否可以合闸（不能）
　　⑾电力PLC/综保给出浦西II段高压得电信号
　　⑿查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⒀电力PLC/综保给出联络电缆得电信号
　　⒁查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⒂复位
　　浦西向浦东送电：
　　⑴确认浦西II段高压断电
　　⑵确认XH4处于工作位置
　　⑶将浦东I段高压断电，DH1置于试验位置
　　⑷将DH3PT手车置于工作位置
　　⑸将DH6PT手车置于工作位置
　　⑹查看DH6是否可以合闸（不能）
　　⑺电力PLC/综保给出联络电缆高压得电信号。
　　⑻查看DH6是否可以合闸（能）
　　⑼将DH1置于工作位置
　　⑽查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⑾将DH3PT手车置于试验位置
　　⑿查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⒀将DH6PT手车置于试验位置
　　⒁查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⒂电力PLC/综保给出浦东I段高压得电信号
　　⒃查看DH6是否可以合闸（不能），然后复位
　　⒄复位
　　2）浦西XH4调试（允许热备）
　　⑴确认浦东配电间DH6手车处于试验位置
　　⑵将浦西II段高压进线断电
　　⑶将浦西配电间内XH6PT柜手车置于工作位置
　　⑷将XH4PT手车置于工作位置
　　⑸查看XH4是否可以合闸（不能）
　　⑹电力PLC/综保给出浦西II段高压得电信号。
　　⑺查看XH4是否可以合闸（能）
　　⑻将浦西配电间内XH6PT柜手车置于试验位置。
　　⑼查看XH4是否可以合闸（不能），然后复位
　　⑽将XH4PT手车置于工作位置
　　⑾查看XH4是否可以合闸（不能）然后复位
　　⑿复位
　　3）全部复位
5.结语
　　随着光纤远程数据传输技术的不断走向成熟，通过通信传输的高压联络闭锁已经逐步走入了各类行业的电力监控系统。今年来，此构架已经逐渐在越江隧道的电力监控中被采纳。凭借其在可靠性、容错性、安全性以及经济性上的优势，必将在未来隧道的电力监控中起到更为广泛的应用。