城軌供電系統(tǒng)中壓開關(guān)柜更換改造施工策略及應(yīng)用

王慶友

摘 要：城軌供電系統(tǒng)是軌道交通各系統(tǒng)的動(dòng)力能源。隨著使用年限及故障率的上升，對供電設(shè)備進(jìn)行更換改造成為設(shè)備運(yùn)行維保的一項(xiàng)重要工作。既有線改造需在不影響運(yùn)營前提下實(shí)施，本文針對城軌既有運(yùn)營線路中壓開關(guān)柜更換改造重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了更換改造策略，并以南京地鐵一號線中壓開關(guān)柜改造為例，闡述了具體施工方案，可為城市軌道既有供電系統(tǒng)改造提供參考。

關(guān)鍵詞：城軌供電系統(tǒng)中壓開關(guān)柜改造

1城軌供電系統(tǒng)簡介

1.1供電系統(tǒng)概述

城市軌道交通主變電所將來自于城市電網(wǎng)的高壓電源降壓為35kV中壓，通過中壓供電網(wǎng)絡(luò)并采用串接的接線方式向地鐵降壓變電所或牽引降壓混合變電所供電。一般每2-4座車站變電所為一個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)第一座變電所直接從主變電所引入兩回電源。為使兩主變電所間能夠相互支援，在線路中間處車站變電所內(nèi)設(shè)兩主變電所間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開，當(dāng)一座主變電所故障退出，可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行支援供電。車站內(nèi)牽引變電所通過降壓整流，變成供城軌車輛使用的直流電源以及通過降壓變電所降壓，變成供各車站動(dòng)力照明等設(shè)備使用的低壓電源。

1.2中壓供電系統(tǒng)運(yùn)行方式

正常運(yùn)行方式：主變電所兩路110kV電源和兩臺主變壓器分列運(yùn)行，負(fù)擔(dān)各自供電分區(qū)35kV變電所牽引及動(dòng)照負(fù)荷。每座車站變電所（牽引變、降壓變）由兩回35kV電源供電。每座變電所兩臺配電變壓器分列運(yùn)行，每座牽引所兩套整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，向接觸網(wǎng)供電。

故障情況下運(yùn)行方式：牽引或降壓變電所任一回35kV進(jìn)線電源故障，切除故障電源，合上母聯(lián)分段開關(guān)，由另一電源供電。牽引或降壓變電所一段35kV母線故障，切除故障母線，此時(shí)如牽引整流機(jī)組掛接于該母線上，則該機(jī)組退出，由相鄰牽引所對接觸網(wǎng)進(jìn)行越區(qū)支援供電;本站動(dòng)照負(fù)荷由另一段母線上單臺變壓器供電，并根據(jù)負(fù)荷情況，退出三類負(fù)荷，以保證一二類重要負(fù)荷供電。

由此可見，35kV中壓供電系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，如何在不影響運(yùn)營的前提下對35kV中壓開關(guān)柜進(jìn)行更換改造，是本文要闡述的重點(diǎn)。

2城軌中壓開關(guān)柜更換改造難點(diǎn)

2.1中壓供電系統(tǒng)的重要性及停電帶來的影響

35kV中壓開關(guān)柜不僅向本車站供電，還通過中壓環(huán)網(wǎng)向供電分區(qū)內(nèi)其他車站供電。對一座變電所實(shí)施改造，會影響到供電分區(qū)內(nèi)其它車站變電所的正常供電。其次，如本變電所為牽引降壓混合變電所，改造期間還會因牽引供電設(shè)備退出或降級運(yùn)行，可能給城軌運(yùn)營帶來列車抽線、限速等影響。

2.2既有運(yùn)營線路改造的難點(diǎn)

對既有運(yùn)營線路進(jìn)行的設(shè)備改造與建設(shè)期安裝施工不一樣，大多數(shù)改造施工只能在運(yùn)營結(jié)束后夜間進(jìn)行，每次施工時(shí)間短，施工請銷點(diǎn)流程多，時(shí)效性不能保證，整體作業(yè)效率低。同時(shí)考慮到其他專業(yè)設(shè)施設(shè)備仍需運(yùn)行，故不能進(jìn)行全所停電施工，只能分段進(jìn)行改造。同時(shí)，因中壓開關(guān)柜體積較大，改造施工場地受限。既有運(yùn)營線路，尤其地下站變電所一般位于站臺層，在新線建設(shè)時(shí)期，設(shè)備可通過風(fēng)井等吊裝進(jìn)入，運(yùn)營后原有吊裝口已不能進(jìn)出，需通過軌道平板車從車輛基地經(jīng)多次轉(zhuǎn)運(yùn)方能進(jìn)入變電所，此外還受站臺門等其它專業(yè)設(shè)施設(shè)備影響，需多專業(yè)配合才能確保開關(guān)柜進(jìn)出，設(shè)備進(jìn)出難度大、要求高。

2.3改造對運(yùn)營應(yīng)急保障要求高

開關(guān)柜拆除改造雖為分段實(shí)施，但為確保正常運(yùn)營不受大的影響，需充分考慮施工改造期間應(yīng)急響應(yīng)措施，避免造成另一路失電后本站及本供電分區(qū)內(nèi)車站全部失電的風(fēng)險(xiǎn)。需通過其它措施，調(diào)整供電方式盡可能維持各車站變電所兩路電源供電及牽引接觸網(wǎng)的雙邊供電。

3解決方案

3.1制定臨時(shí)供電方案

城市軌道交通變電所一般設(shè)于車站內(nèi)，場地小，施工作業(yè)面受限。采用臨時(shí)新設(shè)箱式開關(guān)站等方式并不適用。為減小改造對運(yùn)營的影響以及不增加變電所改造投資，改造期間一般可利用既有開關(guān)柜作為臨時(shí)過渡開關(guān)柜，采用分段停電改造方式進(jìn)行。這樣，僅對一次供電系統(tǒng)主接線進(jìn)行調(diào)整，二次回路幾乎不用改造即可完成臨時(shí)供電任務(wù)，比新設(shè)箱式開關(guān)站等方式要簡單得多。

3.2調(diào)整下級供電方式，減小對運(yùn)營影響

上文提到，城軌中壓網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)接方式供電，一般2-4座車站為一個(gè)供電分區(qū)。一個(gè)供電分區(qū)內(nèi)前幾級變電所實(shí)施35kV開關(guān)柜改造，將影響其下級幾座變電所供電。因此，需提前改變下級變電所供電方式，確保下級變電所盡可能的維持兩路電源供電。如該分區(qū)為中壓環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)分區(qū)，可通過另一主變電所反方向供電，保持兩路電源;如非環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)分區(qū)，可根據(jù)下級幾座變電所的負(fù)荷情況及重要性，對35kV進(jìn)行臨時(shí)并接或跨接的方式，維持35kV兩路分列運(yùn)行;如本變電所為牽引降壓變電所，為盡可能保證牽引系統(tǒng)運(yùn)行，減小因接觸網(wǎng)越區(qū)供電可能帶來的的運(yùn)營降級，可通過臨時(shí)開關(guān)柜盡可能的保留整流機(jī)組運(yùn)行。

3.3制定應(yīng)急保障方案：

軌道交通軌行區(qū)一般均敷設(shè)有區(qū)間檢修電源，用于檢修用電，供電容量一般為30-50KW。該電源分別由該區(qū)間兩側(cè)變電所供電，中間分段，分段處距離一般50-100米。中壓開關(guān)柜改造期間，如將區(qū)間檢修電源進(jìn)行連通即可將鄰站變電所400V電源引入需改造的變電所，增加一路400V電源，可提高改造期間本車站動(dòng)照負(fù)荷供電可靠性。

改造期間臨時(shí)市電支援方案。此方案需提前與國網(wǎng)部門聯(lián)系，確認(rèn)地鐵變電所附近有方便的400V電源接入?？商崆斑M(jìn)行電纜敷設(shè)，接入改造的變電所400開關(guān)柜作為應(yīng)急備用。該方案簡單可行，但若變電所位于地下站，因電纜敷設(shè)通道所限，一般適用于地面站變電所施工改造應(yīng)急。此外，還可以采用發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急供電。根據(jù)車站負(fù)荷情況，選配50-80kW發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，是一種比較簡單的應(yīng)急措施。但受到地下站消防及排放限制，本方案也僅適用于地面站變電所的改造應(yīng)急。

3.4優(yōu)化施工方案，合理割接，縮短工期

改造施工前先做好供電方式調(diào)整。根據(jù)方案對一次供電回路進(jìn)行調(diào)整，如中壓電纜并接方案，可提前利用夜間施工點(diǎn)進(jìn)行跨接溝通;整流機(jī)組提前做好并接等。一次回路臨時(shí)割接的同時(shí)，對二次控制及繼電保護(hù)同步做調(diào)整，保證必要的繼電保護(hù)配置，根據(jù)施工條件適當(dāng)退出繼電保護(hù)以滿足臨時(shí)供電要求。根據(jù)變電所現(xiàn)有地形及既有安裝基礎(chǔ)，對其合理利用，縮短基礎(chǔ)制作時(shí)間。

改造前與施工單位、開關(guān)柜廠及設(shè)計(jì)單位做好設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)交底，包括開關(guān)柜基礎(chǔ)預(yù)埋的復(fù)核與改裝、新安裝柜體的排列順序。對施工單位，要優(yōu)化工序，尤其是既有柜體拆除及新設(shè)備上電等關(guān)鍵工序，及與運(yùn)營直接相關(guān)的倒閘需在夜間進(jìn)行。新開關(guān)柜的拼裝、接線、交接試驗(yàn)等項(xiàng)目可在不影響運(yùn)營前提下，白天依次或交叉進(jìn)行以縮短工期。

4改造應(yīng)用案例

以南京地鐵1號線紅山動(dòng)物園變電所（高架車站，以下簡稱紅山站）35kV開關(guān)柜改造更換進(jìn)行闡述。

4.1供電方式調(diào)整

原供電方式：35kV兩路進(jìn)線101、102來自邁皋橋站降壓所，兩路出線103、104至南京站降壓所，兩臺牽引整流機(jī)組121、123并列運(yùn)行，兩臺動(dòng)力變111、112分列運(yùn)行。（圖一）

改造期間供電方式： 本次改造施工是將原有AIS空氣絕緣開關(guān)柜升級改造為GIS氣體絕緣開關(guān)柜，GIS開關(guān)柜體積比原AIS開關(guān)柜占地小。改造時(shí)，利用原有101、121、111三臺開關(guān)柜作為臨時(shí)供電，其余開關(guān)柜拆除。35kVⅡ段母線、2#動(dòng)力變停運(yùn)，35kVⅠ段1#整流變121、1#動(dòng)力變111及1#出線柜維持運(yùn)行，0.4kV系統(tǒng)由1#動(dòng)力變通過合上400母聯(lián)開關(guān)供電。35kVⅡ段出線柜（及南京站Ⅱ段進(jìn)線）通過在本站電纜夾層內(nèi)制作電纜中間接頭（提前完成）后直接由邁皋橋站35kVⅡ段供電（見圖二）。

經(jīng)對一次接線進(jìn)行調(diào)整，改造期間僅停運(yùn)一臺整流變，牽引整流機(jī)組由兩臺機(jī)組并聯(lián)24脈波輸出改為單臺機(jī)組12脈波輸出，經(jīng)測算單臺機(jī)組運(yùn)行滿足該區(qū)間負(fù)荷需求。

4.2應(yīng)急保障措施

4.2.1應(yīng)急電源配置

為應(yīng)對改造期間可能發(fā)生的電源失電及所內(nèi)設(shè)備故障，施工改造期間將鄰站變電所區(qū)間檢修電源引入本變電所，同時(shí)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急備用。通過對該站通信、信號、AFC、站臺門等重要負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行總負(fù)荷為18kVA，應(yīng)急電源容量按不小于20kVA配置。通過將邁皋橋-紅山區(qū)間0.4kV區(qū)間檢修電源（開關(guān)50A，電纜35mm2）進(jìn)行連通，將邁皋橋0.4kV電源引入本站0.4kV母線，核相正確后接入0.4kV母線作應(yīng)急備用電源（此項(xiàng)改造需在改造前完成）。另外，在變電所院內(nèi)設(shè)置30kVA柴油發(fā)電機(jī)組，接入本變電所0.4kV母線，作為另一路應(yīng)急備用電源。

需要注意的是，采用區(qū)間檢修電源作為應(yīng)急供電時(shí)，因線路壓降較大，負(fù)荷側(cè)可能存在電壓降低現(xiàn)象，需對末端壓降情況進(jìn)行計(jì)算或提前進(jìn)行帶負(fù)荷驗(yàn)證，以確保滿足設(shè)備正常使用。另采用任一應(yīng)急保障電源供電時(shí)，車站空調(diào)機(jī)組等三類負(fù)荷必須停運(yùn)、車站扶梯需停運(yùn)。

4.2.2應(yīng)急保障措施

應(yīng)急保障電源啟動(dòng)的條件：改造期間若發(fā)生35kV1#進(jìn)線電纜故障、紅山1#動(dòng)力變故障或401進(jìn)線開關(guān)故障之一，則啟動(dòng)應(yīng)急保障措施進(jìn)行供電?，F(xiàn)場合上紅邁區(qū)間檢修電源抽屜開關(guān)，由邁皋橋站通過紅邁區(qū)間檢修電源向紅山站提供應(yīng)急供電，優(yōu)先啟用區(qū)間檢修電源接入，當(dāng)該供電方式不滿足供電時(shí)，再考慮啟用發(fā)電機(jī)組。采用發(fā)電機(jī)供電時(shí)，應(yīng)提醒相關(guān)專業(yè)檢查各自設(shè)備是否正常工作。。

牽引負(fù)荷的應(yīng)急保障：若35kV1#線電纜故障或紅山站35kV既有開關(guān)柜故障，造成紅山整流機(jī)組退出，接觸網(wǎng)自動(dòng)形成新模范-邁皋橋單邊供電方式維持供電?，F(xiàn)場根據(jù)牽引負(fù)荷情況匯報(bào)控制中心，必要時(shí)采取該區(qū)間限速、抽線等運(yùn)輸調(diào)整措施。

4.3施工工序

施工工序主要包括改造前供電方式調(diào)整、開關(guān)柜拆除及安裝、現(xiàn)場交接試驗(yàn)、恢復(fù)送電等環(huán)節(jié)，共需8天完成全部施工，為避免頻繁倒換電源對運(yùn)營的影響，本次開關(guān)柜改造施工，改造前及改造后供電方式調(diào)整均需在運(yùn)營結(jié)束后夜間進(jìn)行，具體工序見表1。

5結(jié)論

城市軌道交通供電系統(tǒng)既有運(yùn)營線路中壓開關(guān)柜改造施工，存在著停電影響范圍大、場地受限制、施工效率低、應(yīng)急保障要求高等諸多難點(diǎn)。為不影響正常運(yùn)營，應(yīng)考慮施工前提前調(diào)整供電方式，同時(shí)優(yōu)化施工策略，縮短施工工期。應(yīng)制定完備的應(yīng)急保障方案，并做好應(yīng)急保障措施，確保改造施工期間，仍向車站提供可靠的電力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小朋. 淺談配電室高壓開關(guān)柜改造施工難點(diǎn)及對策. 科學(xué)與技術(shù)， 2019， 29.

[2]朱紀(jì)法 李輝. 城市軌道交通運(yùn)營線路設(shè)備安裝施工. 中國科技信息， 2019， 14.