城市軌道交通牽引網(wǎng)上網(wǎng)組合開關(guān)柜方案研究

楊鎮(zhèn)華，葛 洲

（1. 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610031；2. 深圳地鐵建設(shè)集團有限公司，廣東深圳 518026）

城市軌道交通線網(wǎng)發(fā)展迅速，近年來，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，無人駕駛、智慧運維等先進技術(shù)逐漸得以應(yīng)用，同時，城市軌道交通系統(tǒng)中各子系統(tǒng)對供電的安全可靠性提出了更高要求。因此，當(dāng)牽引變電所出現(xiàn)故障時，應(yīng)盡量縮短牽引供電系統(tǒng)切換時間，提升牽引供電系統(tǒng)的可靠性，以減少列車停運時間。

1 牽引供電方式

目前，我國絕大部分城市軌道交通工程均采用直流牽引供電制式，供電系統(tǒng)主接線如圖1所示，各牽引變電所通過直流快速斷路器饋出4回DC1500V出線（部分站點需額外設(shè)置2路饋線至車輛段或停車場）。 正常運行時，正線牽引網(wǎng)由相鄰的牽引變電所雙邊供電；當(dāng)正線任意一座牽引變電所解列時（端頭牽引變電所除外），由正線相鄰的牽引變電所通過解列牽引變電所對應(yīng)的越區(qū)隔離開關(guān)或DC1500V母線越區(qū)大雙邊供電；當(dāng)端頭牽引變電所解列時，由相鄰的牽引變電所通過解列牽引變電所對應(yīng)的越區(qū)隔離開關(guān)或DC1500V母線越區(qū)單邊供電。

2 上網(wǎng)隔離開關(guān)設(shè)置方案

圖1 供電系統(tǒng)主接線圖

目前國內(nèi)牽引網(wǎng)上網(wǎng)隔離開關(guān)設(shè)置主要有2種方案：①變電所內(nèi)設(shè)置方案，采用上網(wǎng)隔離開關(guān)柜安裝于牽引變電所內(nèi)，主要應(yīng)用于接觸軌受流；②變電所外設(shè)置方案，采用戶外型的三聯(lián)裝隔離開關(guān)安裝于車站端頭井的隧道壁上或高架區(qū)段接觸網(wǎng)立柱的上網(wǎng)點處，主要應(yīng)用于接觸網(wǎng)受流。

2.1 變電所內(nèi)設(shè)置方案

為便于運維管理，同時受區(qū)間安裝條件的限制，接觸軌供電方式的線路采用2臺上網(wǎng)隔離開關(guān)和1臺越區(qū)隔離開關(guān)集成在1個開關(guān)柜內(nèi)，安裝于牽引變電所房間內(nèi)，利用出線電纜接至接觸軌上網(wǎng)點，如圖2所示。

該方案極大的避免了軌行區(qū)金屬粉塵及濕氣對設(shè)備的影響，從而提高了運行可靠性；同時也便于施工和運營維護，無需占用軌行區(qū)的作業(yè)時間，提高了工作效率。但根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求，牽引網(wǎng)的上網(wǎng)點應(yīng)設(shè)置在列車進站端，因此導(dǎo)致上網(wǎng)電纜的長度增加，按30 km的線路設(shè)置10座牽引變電所估算，因上網(wǎng)電纜長度變化將導(dǎo)致建設(shè)投資增加數(shù)百萬元。此外，若該區(qū)段的電纜故障，不僅導(dǎo)致對應(yīng)站點無法為牽引網(wǎng)供電，還會導(dǎo)致牽引網(wǎng)無法實現(xiàn)越區(qū)供電，對運營搶修帶來一定的風(fēng)險。

2.2 變電所外設(shè)置方案

目前國內(nèi)采用接觸網(wǎng)供電方式的線路絕大部分都采用戶外型的三聯(lián)裝隔離開關(guān)，將上網(wǎng)隔離開關(guān)和越區(qū)隔離開關(guān)安裝于車站端頭井的側(cè)壁上，再從隔離開關(guān)出線接至接觸網(wǎng)上網(wǎng)點，如圖3所示。

該方案可就近布置上網(wǎng)隔離開關(guān)，從而極大減少上網(wǎng)電纜的長度，降低因電纜故障導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。但由于設(shè)備安裝于軌行區(qū)側(cè)壁，列車運行時將產(chǎn)生大量的金屬粉塵，同時隧道內(nèi)潮濕環(huán)境對設(shè)備的影響極大，因此，需縮短設(shè)備的維護周期，極大地增加了運營維護工作量。其次由于檢修和巡視均需占用軌行區(qū)作業(yè)時間，大大降低了工作效率。

3 上網(wǎng)組合開關(guān)柜

3.1 方案設(shè)置

為實現(xiàn)牽引變電所雙邊供電到大雙邊供電不停電的切換需求，越區(qū)開關(guān)采用直流快速斷路器的上網(wǎng)組合開關(guān)柜方案，如圖4所示。在牽引變電所內(nèi)設(shè)置2組牽引網(wǎng)上網(wǎng)組合開關(guān)柜。

牽引網(wǎng)上網(wǎng)組合開關(guān)柜由3臺兩工位電動隔離開關(guān)與1臺直流快速斷路器組成，并將其集成在1個組合柜體中，分別負(fù)責(zé)為上行和下行的4個供電分區(qū)供電，如圖5所示。

圖2 上網(wǎng)隔離開關(guān)變電所內(nèi)設(shè)置方案布置示意圖

圖3 上網(wǎng)隔離開關(guān)變電所外設(shè)置方案示意圖

圖4 上網(wǎng)組合開關(guān)柜方案示意圖

圖5 上網(wǎng)組合開關(guān)柜布置示意圖

3.2 運行方案

上網(wǎng)組合開關(guān)柜運行方案如圖6所示，牽引供電系統(tǒng)的運行方式可分為雙邊供電、大雙邊供電和單邊供電等幾種不同的運行工況。

（1）通常情況下采用雙邊供電模式，越區(qū)隔離開關(guān)處于常閉，越區(qū)直流快速斷路器處于常開，牽引網(wǎng)由相鄰的牽引變電所雙邊供電。

（2）當(dāng)由整流器或其上級設(shè)備故障導(dǎo)致牽引變電所 B 解列時，可以與傳統(tǒng)方式一樣，無需倒閘開關(guān)，利用直流母線及直流饋線斷路器直接實現(xiàn)牽引變電所A與牽引變電所C間牽引網(wǎng)的大雙邊供電。

（3）當(dāng)直流母線或直流饋線斷路器發(fā)生故障導(dǎo)致牽引變電所B解列時，無需將牽引變電所A與牽引變電所C間的牽引網(wǎng)停電，只需將牽引變電所B對應(yīng)的饋線斷路器分?jǐn)嗪?，直接合閘對應(yīng)組合開關(guān)柜中的越區(qū)直流快速斷路器，實現(xiàn)牽引變電所A與牽引變電所C間牽引網(wǎng)的大雙邊供電，從而實現(xiàn)牽引網(wǎng)不停電運行方式的轉(zhuǎn)換。

圖6 組合開關(guān)柜運行方案示意圖

（4）當(dāng)牽引變電所B故障恢復(fù)后，同理，也無需先將牽引變電所A與牽引變電所C間的牽引網(wǎng)停電，直接分閘牽引變電所B對應(yīng)組合開關(guān)柜中的越區(qū)直流快速斷路器，退出牽引網(wǎng)的大雙邊供電，恢復(fù)到正常的雙邊供電即可，從而實現(xiàn)牽引網(wǎng)不停電運行方式的轉(zhuǎn)換。

上網(wǎng)組合開關(guān)柜方案目前已在深圳地鐵6號線首次全線采用，現(xiàn)場安裝情況如圖7所示。

圖7 上網(wǎng)組合開關(guān)柜現(xiàn)場安裝情況

3.3 優(yōu)化建議

結(jié)合目前可視化接地系統(tǒng)的設(shè)置方案，對現(xiàn)有的上網(wǎng)組合開關(guān)柜進一步優(yōu)化處理。以牽引變電所A為例，將傳統(tǒng)的兩工位上網(wǎng)隔離開關(guān)替換為帶可視化接地功能的三工位隔離開關(guān)，從而實現(xiàn)可視化接地系統(tǒng)的相關(guān)功能。即新型的上網(wǎng)組合開關(guān)柜由2 臺帶可視化接地功能的三工位電動隔離開關(guān)、1臺兩工位隔離開關(guān)和1臺直流快速斷路器組成。

其次在設(shè)備布置上，為縮短上網(wǎng)隔離開關(guān)至牽引網(wǎng)上網(wǎng)點的距離，提高越區(qū)供電的可靠性，并考慮運營檢修的便利性和提高工作效率等因素，遵循就近原則，上網(wǎng)組合開關(guān)柜A、B分別安裝在車站兩端的牽引變電所和跟隨變電所內(nèi)，如圖8所示。

圖8 優(yōu)化后上網(wǎng)組合開關(guān)柜布置示意圖

4 結(jié)語

采用新型上網(wǎng)組合開關(guān)柜方案可以在牽引網(wǎng)不停電的情況下方便地實現(xiàn)牽引網(wǎng)大雙邊與小雙邊供電方式之間的轉(zhuǎn)換，確保了牽引網(wǎng)持續(xù)、穩(wěn)定、可靠地為列車提供電源，提高了直流牽引供電的安全可靠性。優(yōu)化后的方案不僅節(jié)省了工程投資，還大大提高了運營維護的工作效率，具備更好的實用性，可廣泛應(yīng)用于目前各城市軌道交通工程的建設(shè)中。