郑州地铁停车场及出入场线直流牵引供电系统的优化研究

　　摘要：本文通过对郑州地铁凯旋路停车场及出入场场线牵引供电系统分析，结合运营过程中发生的故障情况以及设计案例，对供电系统可靠性、灵活性进行研究，对地铁车厂牵引供电系统提出优化方案，对现阶段的供电系统故障下的调整、故障的预防以及后续线路的设计提供参考。

　　关键词：停车场；出入场线；牵引供电；优化

　　1 引言

　　地铁车厂主要用于车辆停放、检查、整备、运用和修理的管理中心所在地。若运行线路较长，为了有利于运营和分担停车场的检查清洗工作量，可在线路的另一端设停车场，负责部分车辆的停放、运用、检查和整备工作。地铁车厂供电系统故障，不仅影响场段内车辆检修、调试作业，而且还会影响正线地铁的日常运营。车厂、场段内的直流牵引供电系统的可靠性或是供电调整的灵活性考虑，均需要进一步深入研究。

　　2 凯旋路停车场及出入场线直流牵引供电系统设计原则

　　2.1接线方式

　　郑州地铁凯旋路停车场单独设置牵引降压混合变电所，为整个停车场接触网提供直流牵引电源。牵引变电所设置两套整流机组，为保证两套整流机组并联运行构成等效24脉波整流，两套整流机组并接于同一段母线上。整流器正极通过直流快速断路器与DC1500V母线相连，负极通过手动隔离开关与负极柜中的负母排连接。整流器正、负母线间及正母线对地间各设置一台避雷器作过电压保护用，停车场及停车场变电所在负母线上也设置避雷器。直流母线采用单母线接线形式。停车场牵引降压混合变电所的6回直流馈线分别向停车列检库（2回）、周月检库（1回）、出入场线（2回）的接触网供电、再生制动能耗装置（1回）。

　　2.2运行方式

　　（1）正常运行时，停车场牵引变电所两套整流机组并联运行，停车场牵引混合变电所的6回直流馈线分别向停车列检库（2回）、周月检库（1回）、出入场线（2回）的接触网供电。停车场与正线之间的越区隔离开关1B9E5、1A9E4常开，由停车场内牵引所向停车场内接触网区域单边供电。

　　（2）当停车场牵引变电所（目前一套整流机组故障退出运行时，不联跳另一套整流机组）两套整流机组均故障退出运行，停车场牵引变电所解列，停车场内接触网全部失电。此时闭合停车场与正线之间的越区隔离开关1B9E5、1A9E4，由正线西三环站牵引变电所211、212馈线向停车场1E5、1E4接触网区域供电并通过停车场直流母排支援停车场内接触网供电，满足基本的出入库作业和段内调车作业。

　　（3）运营初期二期工程未建成时，西三环牵引变电所解列，由碧沙岗、停车场牵引变电所越区构成“大双边”供电。当二期工程建成投入运营后，二期工程的西三环牵引变电所解列退出运行时，由碧沙岗、雪松路牵引变电所“大双边”供电。

　　（4）当牵引变电所一台整流机组故障时，另一台整流机组在初近期负荷允许的情况下可以继续运行。

　　3 设计案例

　　3.1案例一：停车场内框架保护动作

　　3.1.1故障经过

　　2014年月日20：05，郑州地铁停车场牵混所电流型框架保护动作，35kV馈线开关306B、307B跳闸，导致停车场两套牵引整流机组退出运行，停车场接触网全部失电、出入场线失压。由于故障短时无法恢复，按照先通后复的原则，决定采用正线支援停车场接触网供电，以保证正线电客车能够正常运营折返。

　　20：05—电调发现凯旋路停车场框架保护动作，306B、307B、201、202断路器分闸，停车场接触网全部停电。

　　20：06—电调立即通知ＯＣＣ、ＤＣＣ相关故障情况。告知行调列车现在无法在西流湖站站后折返。

　　20：15—电调联系值班员，询问停车场牵混所故障情况，现场值班员回复核查确认为电流型框架保护动作，故障原因正在查找。

　　20：18—电调联系车厂调度，确认停车场内所有电客车都已降弓。

　　20：20—电调通报厂调、行调故障无法短时处理，需从正线支援停车场越区供电。

　　20：26—电调发布倒闸令，开始进行正线支援停车场供电方式倒切。

　　3.1.2故障分析

　　当牵引变电所内直流系统的框架对地存在电位差，框架和地之间有泄露电流流过，当电流超过电流型框架保护整定值时，框架保护就会动作。

　　导致泄漏电流大于整定值时动作，可能的原因有：

　　1）变电所直流1500v系统范围内正极对框架存在短路；

　　2）变电所直流1500v系统范围内负极对框架存在短路；

　　3）其他外部电源搭接在框架上；

　　4）负极柜smatic－S7保护单元因某种原因误动作。

　　通过检查检查整流器及直流开关柜，未发现明显放电痕迹及短路点，也未发现有二次电源等其他外部电源搭接在框架上，母排避雷器绝缘测试正常。通过对smatic-S7保护单元进行试验，试验结果正常。在对负极与框架的绝缘进行测试时，发现有短接现象。

　　通过仔细检查，最终发现活门驱动连杆坠落至负极小母排上，导致框架与负极短接。而当时停车场有列车取流，据此可以分析，当框架与负极短接后，部分迷流通过地网流经框架回至负极，形成了一个回流通道。当这部分电流超过电流型框架保护整定值35A时，框架保护动作出口。

　　3.1.3故障启发

　　假设此故障发生在开通试运营后停车场早发车或晚收车时段，将导致运营列车无法正常折返、无法按时上线运行或按时回停车场，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，就必须从停车场牵引供电系统出发，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，保证停车场有一台整流机组正常供电而不至于全部停电（目前郑州地铁1号线一期全线各牵引变电所，已断开两套整流机组故障联跳低压控制回路）；二是考虑停车场全所解列情况下，进一步优化正线支援供电方式倒切程序，缩短正线支援停车场供电倒切时间，尽量减少对行车的影响。

　　3.2案例二：8月10日车厂列车进入无电区事件经过

　　3.2.1故障经过

　　2014年06：15，郑州地铁凯旋路停车场212开关跳闸。

　　16：08电调工作站报： 车辆段212开关Imax++，DDL DeltaI保护动作跳闸，车辆段D2供电分区失电。18秒后212自动重合成功。

　　16：08电调通知OCC各调度及设施设备部生产调度。

　　16：08电调联系车辆段变配电人员查看设备情况。

　　16：10厂调来电询问供电设备是否正常。电调了解1D2供电分区列车异常情况。

　　16：11电调工作站报：车辆段212开关再次Imax++，DDL DeltaI保护动作跳闸，18秒后自动重合成功。

　　16：12电调通知厂调要求D2区所有电客车暂时不要升弓。

　　16：15电调通知车辆段接触网值班人员现场巡视接触网设备。

　　16：18车辆段变电所值班人员回复：212开关Imax++，DDL DeltaI动作跳闸，现场设备运行正常。

　　16：22电调询问厂调212开关跳闸时1D2区是否有电客车升弓，厂调回复：只有一部0106车经过。

　　17：00致电厂调，车辆段DCC值班主任回复：故障原因初步判断为车辆段G16手动隔离开关（G16开关属于库内手动开关，电调无法远程监控、操作，且管辖权归DCC）未恢复到位，列车进入无电区。

　　17：10生产调度回复：经供电专业人员现场确认，车辆段牵混所设备未发现异常，G16隔离开关对应的分段绝缘器有小面积烧伤，初步判断212开关跳闸原因为车辆段G16隔离开关处于接地位，列车进入无电区。

　　3.2.2故障分析

　　直流馈线开关设置Imax保护，DDL保护等。

　　Imax保护即电流速断保护。主要用于接触网近端短路保护。

　　DDL保护通过分析馈电电流上升率di/dt、电流增加的时间t及电流增量DI，检测中远距离短路故障，其故障电流值低于断路器的整定值。DDL保护是直流接触网末端短路的主保护。

　　在此次事件中，开关跳闸两次，且在212所在的供电分区只有一部0106车经过，在进入库口处时，列车显示接触网无压，变电所开关跳闸。此次故障造成212直流开关跳闸，电流型保护跳闸，下载两所跳闸开关故障录波如下：经过现场下载波形和故障现象基象基本吻合。

　　现场查看判断是施工过程后G16隔离开关未恢复合位（库内接触网在接地状态），导致列车前弓经过与G16并联的分段绝缘器处时把库外接触网短路造成第一次跳闸，当列车再次启动后弓经过与G16并联的分段绝缘器处时再次把库外接触网短路，列车进入无电区。

　　3.2.3故障启发

　　假设此故障发生在早发车或晚收车时段，将造成车厂站后无法折返影响正线运营，且列车无法按时上线运行或按时回段，势必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，就必须从车厂供电系统出发，采取进一步优化方案：增加出入场线越区供电的条件，尽量减少对行车的影响，改造库口手动隔离开关。

　　4 停车场及出入场线牵引供电系统优化方案

　　4.1切除停车场整流机组故障联跳功能

　　为增加停车场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停车场接触网供电。

　　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，将整流机组35kV馈线开关306B、307B开关各自联跳保护投切压板拉开，中断整流器故障联跳信号回路，实现联跳功能的切除。

　　4.2优化正线支援供电方式倒切程序

　　郑州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。而停车场牵引供电系统通常情况下为单边供电方式，由停车场牵引变电所提供单独电源，一旦停车场牵引所故障解列后，只能通过正线末端牵引所向停车场越区支援供电。

　　4.2.1优化前的供电倒切程序

　　停车场牵引变电所全所解列时，通过闭合正线与停车场的联络隔离开关实现越区供电。由于联络隔离开关与停车场直流馈线开关、正线末端牵引所停车场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，需先将停车场和正线末端牵引所向停车场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，加长了停车场牵引所解列后的正线支援供电倒切时间。

　　4.2.2优化后的供电倒切程序

　　停车场牵引变电所全所解列需通过正线越区支援供电时，要求停车场所有1500V直流负荷全部处于退出状态，可在未断开停车场直流馈线开关、正线末端牵引所向停车场方向的直流馈线开关的情况下，直接闭合正线与停车场之间的越区联络隔离开关，实现正线向停车场的支援供电（现阶段1B9E5、1A9E4已经没有电气闭锁条件）。

　　4.3增加凯旋路停车场1E3、1E2对出入场线 实现越区的隔离开关

　　为增加出入场线牵引供电系统的可靠性，增加凯旋路停车场1E3、1E2对出入场线实现越区供电的隔离开关，并具备远控功能，优化出入场线供电可靠性。而现阶段如果需要正线对停车场接触网支援供电，需要合上西流湖1B9E5、1A9E4，西三环牵混所211、212支援出入场线，并通过凯旋路停车场的DC1500V母排反供电给停车场1E3、1E2接触网。

　　4.4改造停车场库口隔离开关

　　为提高牵引供电系统的可靠性，加强对事故预防，一、改造停车场库口隔离开关的隔离离开关的分合闸信号，做成库口分合位的灯。当库口灯为红色时表示，库内手动隔离开关处于合位；当库口灯为绿色时，表示当库口隔离开关处于分位。列车司机在进入列检库时，瞭望库口灯光可确保列车正常入库。二、可以提取库口隔离开关的隔离离开关的分合闸信号，在DCC做成信号灯，有助于DCC在施工销点前后确认手动隔离开关状态。两种方法都是加强了个专业都设备状态的监控，能有效的减小故障的概率。

　　5 结束语

　　鉴于地铁停车场及出入场线在地铁正常运营组织的重要地位，预想地铁运营过程中出现的故障情况进行论证，充分发掘停车场及出入场线牵引供电系统存在的薄弱环节并分析优化，提高供电系统运行的可靠性，灵活性，对现阶段的供电系统故障下的调整以及后续线路的设计提供参考。

　　参考文献

　　［1］于小四，《城市轨道交通供电系统安装技术手册》中国铁道出版社，2011

　　［2］郑州轨道交通1号线供电系统设计资料

　　［3］郑州市轨道交通有限公司运营分公司《电力调度手册》

　　［4］《电网调度管理条例》［5］《电业安全工作规程》［6］《牵引变电所安全工作规程》

　　谢刘杰　王群　窦亮