蔣 濤，李 紅

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一種地鐵不停電倒閘用直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)

蔣 濤1，李 紅2

（武漢地鐵集團(tuán)有限公司武漢 430070)

本文介紹了直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的組成和工作原理以及它的優(yōu)勢(shì)，并介紹了越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)在地鐵大雙邊供電不停電倒閘中的應(yīng)用，同時(shí)記錄了帶載大雙邊倒閘時(shí)的最大電流和實(shí)驗(yàn)波形。

越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān) 大雙邊供電 不停電倒閘 負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)地鐵多在牽引網(wǎng)電分段處設(shè)越區(qū)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，以保證在牽引變電所因故障或檢修解列時(shí)實(shí)行大雙邊供電。因?yàn)殡妱?dòng)隔離開(kāi)關(guān)不能帶載操作，必須停止相應(yīng)區(qū)段的供電，所以會(huì)導(dǎo)致停電倒閘作業(yè)帶來(lái)列車(chē)暫停運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題。暫停運(yùn)營(yíng)需要調(diào)度協(xié)調(diào)三個(gè)站的倒閘順序，造成大雙邊供電的時(shí)間較長(zhǎng)，影響列車(chē)的正常運(yùn)行[1]。

國(guó)外只有德國(guó)的RITTER公司有結(jié)合銅電解滅弧系統(tǒng)衍生出的可用于軌道交通的有載負(fù)荷開(kāi)關(guān)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)北京地鐵城建院等單位也在尋求用電力電子器件并聯(lián)在越區(qū)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)兩側(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)不停電倒閘，但沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。

1 概述

在直流牽引供電系統(tǒng)中，為了從根本上解決因停電倒閘作業(yè)帶來(lái)列車(chē)暫停運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題，為運(yùn)行中電力調(diào)度操作帶來(lái)便利和快捷，往往會(huì)對(duì)越區(qū)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)或直流快速斷路器設(shè)置必要的操作聯(lián)鎖，一般通過(guò)采集相關(guān)聯(lián)的直流斷路器或電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的位置結(jié)點(diǎn)，將它們接入聯(lián)鎖邏輯回路，物理實(shí)現(xiàn)大多是利用硬接線把所需要的開(kāi)關(guān)位置引到越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)柜，在柜內(nèi)利用閉鎖繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖功能。因閉鎖邏輯復(fù)雜需要大量的硬接線和繼電器，對(duì)于工程實(shí)施以及運(yùn)行維護(hù)都會(huì)帶來(lái)很多的不便。同時(shí)，由于要依賴(lài)大量長(zhǎng)距離的硬接線和繼電器節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成電氣聯(lián)鎖回路，其可靠性也必然會(huì)受到影響，很可能因某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題而影響地鐵的實(shí)際運(yùn)營(yíng)[2]。直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)采用兩級(jí)觸頭結(jié)構(gòu)，可以帶載分合，這樣就會(huì)減少大部分的聯(lián)鎖關(guān)系，增加了大雙邊運(yùn)行的可靠性[3]。

2 負(fù)荷開(kāi)關(guān)組成和工作原理

一種新型的直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)及其裝置，負(fù)荷開(kāi)關(guān)包括觸頭系統(tǒng)、滅弧室、吹弧裝置和操作機(jī)構(gòu)。觸頭系統(tǒng)包括主觸頭和弧觸頭，其中動(dòng)觸頭為多觸指結(jié)構(gòu)，利于散熱和彈跳??；靜觸頭為自調(diào)整結(jié)構(gòu)，利于增加超程。滅弧室主要由金屬柵片、絕緣柵片、絕緣殼體組成，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以大大縮小弧室體積，裝卸方便，重量輕，滅弧性能好[4]。吹弧裝置是為了解決分?jǐn)嗯R界小電流問(wèn)題，采用自勵(lì)激磁的一種裝置。操作結(jié)構(gòu)分電操結(jié)構(gòu)和手操結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠、技術(shù)成熟、合、分閘速度快。負(fù)荷開(kāi)關(guān)的基本組成見(jiàn)圖1。

圖1越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)組成

越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)及其裝置在武漢地鐵3號(hào)線的掛網(wǎng)運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)變電所內(nèi)任何一路饋出開(kāi)關(guān)故障退出、或牽引變電所解列時(shí)的不停電倒閘切換及恢復(fù)正常供電，下面說(shuō)明負(fù)荷開(kāi)關(guān)的工作原理。

2.1電動(dòng)合閘

電動(dòng)合閘操作過(guò)程如下：首先確認(rèn)負(fù)荷開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，然后旋轉(zhuǎn)柜面合閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，控制閉合回路接觸器使合閘電磁鐵得電，電磁鐵動(dòng)作，操作機(jī)構(gòu)通過(guò)連接件帶動(dòng)動(dòng)觸頭至開(kāi)關(guān)合閘，電動(dòng)合閘完成。此時(shí)，合閘彈簧重新儲(chǔ)能，為下次合閘做準(zhǔn)備。

2.2電動(dòng)分閘

首先確認(rèn)負(fù)荷開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，然后旋轉(zhuǎn)柜面分閘轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，控制分?jǐn)嗷芈方佑|器使分勵(lì)脫扣器線圈得電，電磁鐵動(dòng)作，操作機(jī)構(gòu)通過(guò)連接件帶動(dòng)動(dòng)觸頭至開(kāi)關(guān)分閘，電動(dòng)分閘完成，此時(shí)彈簧釋能。

2.3手動(dòng)合閘

操作負(fù)荷開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能手柄至彈簧儲(chǔ)能完成后，方可進(jìn)行合閘操作。用手按下負(fù)荷開(kāi)關(guān)面板上的合閘按鈕，開(kāi)關(guān)動(dòng)作至合閘完成，開(kāi)關(guān)指示顯示合閘。

2.4手動(dòng)分閘

用手按下負(fù)荷開(kāi)關(guān)面板分閘按鈕，機(jī)構(gòu)脫扣軸脫扣，機(jī)構(gòu)動(dòng)作，反力彈簧帶動(dòng)觸頭至分閘動(dòng)作完成，開(kāi)關(guān)指示顯示分閘。

3 越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)在地鐵不停電倒閘中的應(yīng)用

3.1 負(fù)荷開(kāi)關(guān)大雙邊倒閘系統(tǒng)圖

目前本直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜已在武漢地鐵3號(hào)線東風(fēng)公司站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行,位于東風(fēng)公司站上行上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)室內(nèi)，其分合閘可采用電動(dòng)操作，也可手動(dòng)操作。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)保持在斷開(kāi)位置；當(dāng)某一變電所故障或檢修時(shí)，該站饋線柜和隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，可在接觸軌不停電情況下閉合故障或檢修站越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，完成變電所大雙邊供電操作，保證列車(chē)的不間斷可靠運(yùn)營(yíng)。大雙邊供電不停電倒閘系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)大雙邊供電不停電倒閘系統(tǒng)圖

3.2負(fù)荷開(kāi)關(guān)大雙邊倒閘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)由地鐵建設(shè)事業(yè)總部、地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司機(jī)電部和武漢712研究所共同組織，712所負(fù)責(zé)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜的具體操作，但需供電值班人員允許并監(jiān)督操作,712所和地鐵運(yùn)營(yíng)公司負(fù)責(zé)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下試運(yùn)行測(cè)試項(xiàng)目。

3.2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

最大電流：負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜分閘操作過(guò)程中，進(jìn)、出線母排間出現(xiàn)的最大電流

過(guò)電壓：負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜分閘操作過(guò)程中，進(jìn)、出線母排間出現(xiàn)的最大電壓

全分?jǐn)鄷r(shí)間：從負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜分閘線圈得電到負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜進(jìn)、出線母排間電流為零的時(shí)間

燃弧時(shí)間：負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜負(fù)荷開(kāi)關(guān)觸頭之間從拉弧到電弧完全熄滅的時(shí)間

電流：載流能力試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜進(jìn)、出線母排間實(shí)時(shí)電流值[5]

溫度：載流能力試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜進(jìn)、出線母排間實(shí)時(shí)溫度值

3.2.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

3.2.2.1負(fù)荷開(kāi)關(guān)空載大雙邊倒閘

夜間線路停運(yùn)后，線上無(wú)機(jī)車(chē)，3號(hào)線沌陽(yáng)大道站（A）、東風(fēng)公司站（B）、三角湖站（C）750 V送電（供電公司申報(bào)封閉區(qū)間計(jì)劃），此時(shí)進(jìn)行空載大雙邊倒閘。斷開(kāi)B站相應(yīng)的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開(kāi)關(guān)（7011、7031），負(fù)荷開(kāi)關(guān)7013執(zhí)行合閘動(dòng)作，動(dòng)作正常，B站解列；負(fù)荷開(kāi)關(guān)7013執(zhí)行分閘動(dòng)作，負(fù)荷開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不超過(guò)5分鐘，此為一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)，時(shí)間不小于10分鐘，試驗(yàn)應(yīng)重復(fù)五次。全部試驗(yàn)循環(huán)完成后，5分鐘內(nèi)閉合B站相應(yīng)的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開(kāi)關(guān)（7011、7031），B站投入，鄰站雙邊正常供電恢復(fù)成功。每次倒閘，裝置應(yīng)動(dòng)作正常，記錄負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜7013分?jǐn)嗖ㄐ?，測(cè)量負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜7013斷口最大電流值、過(guò)電壓值、全分?jǐn)鄷r(shí)間、燃弧時(shí)間，其中燃弧時(shí)間不超過(guò)200 ms。

3.2.2.2負(fù)荷開(kāi)關(guān)載流能力試驗(yàn)（溫升測(cè)試）

斷開(kāi)B站相應(yīng)的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開(kāi)關(guān)（7011、7031），負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜執(zhí)行合閘動(dòng)作，B站解列，對(duì)應(yīng)區(qū)域投入大雙邊供電。大雙邊供電運(yùn)行一個(gè)工作日，每隔半小時(shí)用測(cè)溫試紙和無(wú)線測(cè)溫儀測(cè)量負(fù)荷開(kāi)關(guān)規(guī)定測(cè)試點(diǎn)的溫升，記錄對(duì)應(yīng)電流值，測(cè)試點(diǎn)溫升不超過(guò)60 K。

3.2.2.3負(fù)荷開(kāi)關(guān)帶載大雙邊倒閘

帶載大雙邊實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別選取上、下班高峰時(shí)間段進(jìn)行測(cè)試。負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜執(zhí)行合閘動(dòng)作，動(dòng)作正常，B站解列；負(fù)荷開(kāi)關(guān)7013執(zhí)行分閘動(dòng)作，負(fù)荷開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不超過(guò)5分鐘，試驗(yàn)過(guò)程不小于10分鐘。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)重復(fù)十次。每次倒閘，裝置應(yīng)動(dòng)作正常，記錄負(fù)荷開(kāi)關(guān)7013分?jǐn)嗖ㄐ?，測(cè)量負(fù)荷開(kāi)關(guān)7013斷口最大電流值、過(guò)電壓值、全分?jǐn)鄷r(shí)間、燃弧時(shí)間，其中燃弧時(shí)間不超過(guò)200 ms。

3.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和波形

3.2.3.1實(shí)驗(yàn)電流記錄

表1為大雙邊供電倒閘和大單邊供電倒閘時(shí)相鄰變電所的最大電流記錄。

3.2.3.2實(shí)驗(yàn)波形記錄

帶載大雙邊不停電倒閘時(shí)，機(jī)車(chē)在上、下班高峰期間分別進(jìn)行啟動(dòng)、加速、惰行、制動(dòng)時(shí)的波形分別如圖3~圖6所示。

由實(shí)驗(yàn)的電流和分?jǐn)嗖ㄐ慰梢钥吹?，越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿(mǎn)足地鐵大雙邊不停電倒閘的各種實(shí)際工況的應(yīng)用，在現(xiàn)場(chǎng)極限電流8217 A電流的情況下，負(fù)荷開(kāi)關(guān)也能夠正常的分合，觸頭燒損可以忽略不計(jì)，燃弧時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于200 ms，越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

表1大雙邊倒閘最大電流記錄

圖4 車(chē)輛加速時(shí)倒閘波形

圖5 車(chē)輛惰行時(shí)倒閘波形

圖6 車(chē)輛制動(dòng)時(shí)倒閘波形

4 結(jié)論

本直流越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)在實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)的前提下，采用成熟軍用技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文開(kāi)發(fā)出了一種以分?jǐn)囝~定電流、關(guān)合短路電流的越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)為主成套的不停電倒閘越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)裝置，為運(yùn)行中電力調(diào)度操作帶來(lái)極大的便利和快捷，從根本上解決了因停電倒閘作業(yè)帶來(lái)列車(chē)暫停運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題。本越區(qū)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜的成功應(yīng)用，改善了地鐵運(yùn)行方式，填補(bǔ)了行業(yè)空白，為新技術(shù)、新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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DC Cross Zone Load Switch for Subway without Power Outage

Jiang Tao1,Li Hong2

（Wuhan Metro Group Co.,Ltdwuhan 430070)

TM56

A

1003-4862（2016）10-0071-04

2016-08-12

蔣濤 (1984-)，男，碩士，研究方向：電氣設(shè)備。