地铁车辆段直流牵引供电系统的优化研究

地铁车辆段直流牵引供电系统的优化研究
作者：孙丹
来源：《科技视界》2013年第25期
【摘要】本文通过对西安地铁渭河车辆段牵引供电系统设计原则的分析，同时结合运营过程中实际发生的案例，从供电系统可靠性及正线支援场段供电时效性上研究，提出地铁车辆段牵引供电系统的优化方案，为后续线路提供支持。

【关键词】地铁车辆段；牵引供电；可靠性
0 引言
地铁场段主要用于停放运营电客车和工程车辆，不仅承担列车的检修、整备、动调、静调工作，同时负责正线运营的收、发车组织。

场段直流牵引供电系统故障退出，不仅影响场段内车辆检修、调试工作，一旦故障发生在早运营出车或晚运营收车时段，将对正线运营服务产生重大影响。

鉴于场段在地铁运营过程中的重要地位，场段内的直流牵引供电系统无论从可靠性还是从故障下支援供电的时效性上考虑，均需要进一步深入研究。

1 车辆段直流牵引供电系统设计原则
1.1 接线方式
西安地铁渭河车辆段单独设置牵引变电所，为整个车辆段接触网提供直流牵引电源。

牵引变电所设置2台整流机组，通过上级35kV馈线断路器开关接在同一段35kV母线上，直流1500V母线为单母线接线（分正、负极），分别通过直流进行开关（电动隔离开关）、负极柜（手动隔离开关）与整流机组连接，再从牵引变电所内直流1500V母线馈出若干回路直流电源为场段内不同供电分区的接触网供电。

图1为西安地铁渭河车辆段直流牵引供电系统接线图。

1.2 运行方式
（1）正常运行时，车辆段牵引变电所两套整流机组并联运行，车辆段与正线之间的越区隔离开关常开，由段内牵引所向段内接触网区域单边供电。

（2）当车辆段牵引变电所一套整流机组故障退出运行时，联跳另一套整流机组，车辆段牵引变电所解列，段内接触网全部失电。

此时闭合车辆段与正线之间的越区隔离开关，由正线相邻的牵引变电所向车辆段接触网区域支援供电。

（3）当正线相邻的牵引变电所解列时，车辆段牵引变电所不向正线接触网停电区域越区支援供电。

2 案例回顾
2.1 故障经过
2011年8月9日17：39，西安地铁渭河车辆段牵混所35kV馈线开关106、107跳闸，导致车辆段两套牵引整流机组退出运行，车辆段接触网全部失电。

由于故障短时无法恢复，按照先通后复的原则，决定采用正线支援车辆段接触网供电，以保证正线电客车能够正常回段。

17：39—1#整流器特殊熔断器（压敏）信号动作，故障联跳信号、报警总信号、跳闸总信号低电压报警动作，106、107断路器分闸，车辆段接触网全部停电。

17：48—电调联系车辆段牵混所故障情况，现场回复正在检查。

17：55—电调联系车辆段调度，确认车辆段内所有电客车都已降弓。

17：58—电调通报行调故障无法短时处理，需从正线支援车辆段越区供电。

18：06—电调发布倒闸令，开始进行正线支援车辆段供电方式倒切。

2.2 故障分析
根据整流器二次原理分析，“整流器特殊熔断器（压敏）跳闸信号”是由PLC在采集到6个熔断器中任意一个硬接线信号后，经PLC内部处理而生成的信号。

该信号产生后PLC输出口以开关量形式使跳闸继电器动作，联跳106、107开关。

综合以上分析，顺特整流器技术规格书规定运行温度为-5～+40℃，而故障发生时1#整流器温控器显示温度为38℃，此温度与整流器工作温度上限比较接近，初步判断是由于温度偏高引起1#整流器特殊熔断器（压敏）跳闸信号动作，从而引起PLC程序下发信号联跳整流器35kV馈线106和107开关，导致车辆段牵混所全所解列，车辆段接触网全部失电。

2.3 故障启发
假设此故障发生在开通试运营后车辆段早发车或晚收车时段，将导致运营列车无法按时上线运行或按时回段，势必会打乱正线正常运营秩序，对运营服务质量产生较大的影响。

要将此故障下的影响降到最低，就必须从车辆段牵引供电系统出发，采取进一步优化方案：一是改造两台整流机组联跳功能，当一台整流机组故障退出运行时，不会联跳另一台，保证车辆段有一台整流机组正常供电而不至于全部停电；二是考虑车辆段全所解列情况下，进一步优化正线支援供电方式倒切程序，缩短正线支援车辆段供电的倒切时间，尽量减少对行车的影响。

3 车辆段牵引供电系统优化方案
3.1 车辆段牵引整流机组故障联跳改造
3.1.1 车辆段单台整流器12脉波运行测试
本次测试目的在于验证车辆段牵引供电系统在12脉波单台整流机组牵引模式下，能否满足列车进、出段的供电需求。

如果此方案可行，当车辆段牵引供电系统一台整流机组出现故障时，则不需联跳另一台整流机组，整个车辆段仍可采取单台整流器12脉波运行方式，提高系统的可靠性，减小故障对运营的影响。

（1）测试方法
测试共分为两部分，一是进行双整流机组正常运行情况下的测试，二是进行单整流机组运行情况下的测试。

首先，进行双整流机组正常运行情况测试，由一列电客车在试车线区段内运行，采用最大加速度启动、制动（最高时速需大于60km/h），共启停5次。

安排专业人员人对DC1500V馈线柜（211开关）、整流器、35kV开关柜的电流、馈线柜（211开关）馈线电压及整流器、整流变压器的温度进行记录。

其次，当完成双整流机组正常运行情况测试后，测试电客车在试车线待命（不降弓），由变电所值班员向电调申请分断107断路器，按照相同的方式重复进行单整流机组运行情况测试。

（2）数据记录方法
数据按照分组记录方式进行，共设35kV开关柜参数记录组（2人）、整流器参数记录组（2人）、1500V馈线柜参数记录组（1人），各组人员听从列车登乘人员统一口号，按照数据记录表要求及时记录列车启动及运行过程中的各项参数，测试完成后注意检查各设备是否有事件报警及保护启动出口情况。

（3）测试结果
通过本次测试，显示列车在车辆段出入段时最小峰值电流为630A，最大峰值电流为1090A，平均电流为860A，功率为1290kW，目前西安地铁渭河车辆段单台整流器额定容量为2000kW，可以过负荷150%持续运行2个小时，过负荷300%持续运行1分钟，完全能够满足1列电客车正常启动行驶及其它热备车的取电要求。

3.1.2 切除整流机组故障联跳功能
鉴于以上测试结果，为增加车辆段牵引供电系统的可靠性，可以对牵引所24脉波整流机组进行改造，切除两台整流机组的联跳功能，即当一台整流机组故障退出时，由另一台整流机组继续为车辆段接触网供电。

（1）改造方案
实现单台整流机组故障时不联跳另一台整流机组，根据设备二次保护接线图（图2所示），将整流机组35kV馈线开关106、107开关各自的11号保护投切压板拉开，中断整流器故障联跳信号回路，实现联跳功能的切除。

（2）改造效果测试
断开车辆段牵引所35kV馈线断路器106、107及对应的1061、1071隔离开关，断开
DC1500V直流馈线开关211、212、213、214及相应2111、2121、2131、2141隔离开关，车辆段直流牵引供电系统全部退出运行。

在此条件下分别模拟1#和2#整流机组故障，测试联调功能满足改造要求。

（3）改造后故障情况下的工作组织
改造后发生车辆段整流机组故障时，建议首先由电调与变电所值班员确认另一台整流机组运行情况，如另一台整流机组运行正常，则由电调将情况通报其它相关调度，及时调整行车方式，严格按照单台整流机组运行情况下的行车方式组织行车。

3.2 优化正线支援供电方式倒切程序
西安地铁正线牵引供电系统均采用双边供电方式，当一座牵引变电所故障解列后，可直接过渡到单边供电或大双边供电方式。

而车辆段牵引供电系统通常情况下为单边供电方式，由车辆段牵引变电所提供单独电源，一旦车辆段牵引所故障解列后，只能通过正线末端牵引所向车辆段越区支援供电。

3.2.1 优化前的供电倒切程序
车辆段牵引变电所全所解列时，通过闭合正线与车辆段的联络隔离开关实现越区供电。

由于联络隔离开关与车辆段直流馈线开关、正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关之间存在闭锁关系，即在闭合联络隔离开关之前，需先将车辆段和正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关断开。

如此一来，不但增加了开关倒切操作的步骤，还将对正线正常供电产生影响，加长了车辆段牵引所解列后的正线支援供电倒切时间。

3.2.2 优化后的供电倒切程序
车辆段牵引变电所全所解列需通过正线越区支援供电时，要求车辆段所有1500V直流负荷全部处于退出状态，可在未断开车辆段直流馈线开关、正线末端牵引所向车辆段方向的直流馈线开关的情况下，直接闭合正线与车辆段之间的越区联络隔离开关，实现正线向车辆段的支援供电。

3.2.3 优化效果
通过各方技术论证及西安地铁运营实际情况验证，在保证安全的前提下，取消上述闭锁关系可有效简化正线支援车辆段供电倒切的操作步骤，大大缩短车辆段牵引供电系统的停电时间，减少对运营行车的影响。

4 结束语
鉴于地铁车辆段在运营过程中的枢纽地位，以地铁运营过程中出现的问题作为参考点，充分发掘车辆段牵引供电系统存在的优缺点，不断对系统进行优化，提高系统运行的可靠性显得尤为关键。

西安地铁渭河车辆段牵引供电系统优化效果明显，系统运行可靠，为后续地铁线路供电系统设计提供了参考依据。

【参考文献】
[1]西安地铁二号线渭河车辆段单台整流机组测试报告[R].西安，2012.
[2]西安地铁二号线工程可行性研究报告[R].西安，2006.
[3]西安地铁车辆段供电系统越区开关与正线闭锁关系专题研究报告[R].西安，2013.
[4]西安地铁二号线渭河车辆段牵引供电系统可靠性研究[J].科技传播，2012（5）下.
[责任编辑：杨扬]。