孔維珍

（蘭州市軌道交通有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

為解決大城市的交通出行問題，軌道交通成為其中的首選。我國(guó)許多城市都積極開發(fā)輸送能力高、運(yùn)行速度快、能耗低的軌道交通系統(tǒng)，有效緩解了城市交通的擁堵問題。目前我國(guó)城市軌道交通里程已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)2300 km，成為城市交通的重要組成部分。同時(shí)也對(duì)軌道交通的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。研究供電系統(tǒng)不僅有利于提高地鐵運(yùn)行的安全性，消除和減少故障，而且能提升地鐵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

1 地鐵牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成

地鐵供電系統(tǒng)為車輛的運(yùn)行提供動(dòng)力能源，主要包括外部的高壓供電系統(tǒng)及地鐵內(nèi)部供電系統(tǒng)，一般情況下，地鐵直接從城市電網(wǎng)獲得能源，而牽引供電系統(tǒng)主要是變電所將三項(xiàng)高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足車輛運(yùn)行的低壓直流電。牽引供電系統(tǒng)主要由變電所與牽引網(wǎng)組成，牽引變電所是列車運(yùn)行的核心，大多采用直流供電模式。目前國(guó)內(nèi)主要有兩種牽引網(wǎng)，一種是750 V 的接觸軌受電；一種是1500 V 的架空觸電網(wǎng)受電。

1.1 牽引變電所

牽引變電所根據(jù)車流密度、車輛形式等數(shù)據(jù)，對(duì)牽引供電進(jìn)行計(jì)算。在變電所容量設(shè)置時(shí)，首先需要遵守供電科學(xué)合理的原則，保障運(yùn)行安全的情況下滿足高峰期運(yùn)行的負(fù)荷需求。其次是在相鄰的兩座變電所發(fā)生故障時(shí)，另外一個(gè)相鄰的變電所能夠提供過載負(fù)荷能力，保障車輛的正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)，都會(huì)設(shè)計(jì)兩套牽引整流機(jī)組，容量根據(jù)運(yùn)量設(shè)計(jì)。同時(shí)為抑制牽引供電系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的諧波電流，采用12 脈波整流。

1.2 牽引網(wǎng)

地鐵牽引網(wǎng)是牽引供電網(wǎng)的基礎(chǔ)裝置，專門為車輛運(yùn)行提供電源。一般由正極接觸網(wǎng)供電、負(fù)極走行軌回流兩部分組合而成。接觸網(wǎng)又分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)兩種方式。相對(duì)而言，架空接觸網(wǎng)的安全性較高，車輛隨時(shí)都可以脫離電源，適合大運(yùn)量的供電系統(tǒng)，在上海、廣州等大型城市采用較多。接觸軌供電方式的使用壽命長(zhǎng)，適合電壓較低的情況，但運(yùn)行中由于電壓較低，在運(yùn)行量較大的情況下，需要與牽引變電所距離較近。

2 地鐵供電系統(tǒng)常見故障與層次分析

在通過互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵牽引供電網(wǎng)常見故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，常見牽引供電系統(tǒng)故障見表1。

表1 地鐵牽引供電系統(tǒng)常見故障及原因

從表1 數(shù)據(jù)分析，地鐵牽引供電系統(tǒng)故障原因可以分為兩大類。一類是不同原因?qū)е碌亩搪饭收?；另一類是在非正常狀態(tài)下出現(xiàn)的故障。第一類故障對(duì)牽引系統(tǒng)的危害較大，例如在金屬性短路中，往往是接觸網(wǎng)與列車產(chǎn)生金屬性接觸，通電時(shí)就會(huì)直接短路；而非金屬性的短路是指陰雨天氣空氣潮濕導(dǎo)致接觸網(wǎng)短路。第二類是非正常狀態(tài)下出現(xiàn)的故障。例如在列車頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)過程中，都會(huì)對(duì)牽引供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓產(chǎn)生較大影響，類似于負(fù)荷狀態(tài)下牽引網(wǎng)絡(luò)的短路，導(dǎo)致繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，對(duì)牽引供電網(wǎng)絡(luò)造成危害。

3 地鐵供電系統(tǒng)故障檢修與排查策略

提升地鐵運(yùn)行質(zhì)量，需要對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行檢修與排查，研究和分析導(dǎo)致故障出現(xiàn)的原因，并針對(duì)性的開展檢修工作。結(jié)合實(shí)際情況，建立了故障預(yù)處理、故障預(yù)警、故障位置查找為一體的故障排查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時(shí)診斷。故障處理中一般執(zhí)行以下程序：①觀察故障現(xiàn)象；②收集牽引線路的故障信息；③結(jié)合運(yùn)行情況，分析導(dǎo)致故障出現(xiàn)的原因并逐項(xiàng)排查。以750 V 牽引系統(tǒng)斷電故障檢修與排查為例，可以從4 個(gè)方面進(jìn)行。

（1）絕緣器表面閃絡(luò)擊穿引起的供電故障。首先要求檢修人員、班組人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期清理，尤其是絕緣零件的表面清理工作更要落實(shí)到崗位、人員身上，保障絕緣器的良好性能。

（2）日常檢修中存在的問題。日常管理中加強(qiáng)檢修工作機(jī)制，將每個(gè)部分的檢修落實(shí)到專人，強(qiáng)化對(duì)設(shè)備運(yùn)行的管理。借助健全的設(shè)備檢修模式，統(tǒng)計(jì)和分析常見故障與檢修措施，提升工作的針對(duì)性。

（3）電纜絕緣層損壞導(dǎo)致的短路現(xiàn)象。地鐵運(yùn)行班組要對(duì)電纜外觀進(jìn)行定期檢查，觀察外形是否出現(xiàn)破損。保障外層絕緣完好、有效，無腐蝕痕跡。

（4）一次回路絕緣零件損壞。班組人員定期對(duì)絕緣零件進(jìn)行檢查。確保絕緣零件備品齊全完好，需補(bǔ)充時(shí)使用材料單進(jìn)行補(bǔ)充，材料科應(yīng)確保絕緣零件備品齊全完好地供應(yīng)。

4 地鐵供電系統(tǒng)故障的應(yīng)急處理與預(yù)防

地鐵牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難免出現(xiàn)各種問題與故障。為切實(shí)提升地鐵運(yùn)行的穩(wěn)定性，做好故障的應(yīng)急處理與預(yù)防措施，是保障地鐵穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。對(duì)此，提出針對(duì)性措施，促進(jìn)地鐵牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4.1 故障應(yīng)急處理措施

（1）主變電站故障。對(duì)地鐵整個(gè)供電區(qū)域而言，主變電所承擔(dān)所有供電任務(wù)，出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響地鐵正常運(yùn)營(yíng)，造成大面積秩序混亂。為此，必須保證主變電所具有較高可靠性。當(dāng)主變電所內(nèi)接地變壓器接到主變壓器低壓側(cè)時(shí)，正常情況下，因接地變壓器具有較小電流，不會(huì)干擾保護(hù)裝置。但在增大系統(tǒng)內(nèi)零序分量的情況下，接地變壓器將有此零序電流流過，并通過小電阻入地，主變差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算時(shí)，會(huì)有零序分量產(chǎn)生，該分量達(dá)到相應(yīng)值后，即便主變壓器不存在故障，差動(dòng)保護(hù)裝置也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作。為此，必須重視主變電所故障調(diào)度應(yīng)急指揮工作，及時(shí)做好各項(xiàng)應(yīng)急準(zhǔn)備工作。根據(jù)故障現(xiàn)象，及時(shí)找出故障部位，采取切實(shí)可行的措施予以處理。

（2）接觸網(wǎng)故障。應(yīng)急處理應(yīng)嚴(yán)格按照“先通后復(fù)、先通一路”的原則，第一時(shí)間先完成送電工作，隨后及時(shí)進(jìn)行線路疏通及恢復(fù)設(shè)備運(yùn)營(yíng)正常。發(fā)生故障后，需及時(shí)將故障信息報(bào)送維修調(diào)度，維修調(diào)度告知電力調(diào)度，通過電力調(diào)度進(jìn)行故障類型判定，并告知設(shè)施部生產(chǎn)調(diào)度。如隧道內(nèi)接觸網(wǎng)支撐定位絕緣子斷裂，將會(huì)導(dǎo)致弓網(wǎng)事故發(fā)生，甚至?xí)?duì)鄰近懸掛點(diǎn)造成嚴(yán)重影響。對(duì)此類故障，調(diào)度應(yīng)急指揮需結(jié)合實(shí)際情況，具體問題具體分析。

4.2 故障預(yù)防措施

（1）加強(qiáng)地鐵牽引供電系統(tǒng)的維護(hù)。為提高牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，首先要強(qiáng)化對(duì)供電系統(tǒng)的日常維護(hù)，這是保障地鐵長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。例如在實(shí)施中要切實(shí)做好各類設(shè)施的保養(yǎng)與維護(hù)工作，減少牽引供電系統(tǒng)隨機(jī)故障的產(chǎn)生。在這項(xiàng)工作中，要嚴(yán)格落實(shí)預(yù)防為主的原則，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控工作。其次是定期檢查配電網(wǎng)設(shè)備，保障配電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。遇到問題能在第一時(shí)間進(jìn)行檢查與維修，才能避免出現(xiàn)更大的問題。第三是為避免某一線路出現(xiàn)故障影響整個(gè)線路的運(yùn)行，在地鐵建設(shè)中可以建設(shè)多個(gè)變壓器，通過并聯(lián)提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）提高牽引變電所工作性能。牽引變電所是保障線路穩(wěn)定運(yùn)行的第一步，提高設(shè)備的可靠性，可以通過引進(jìn)高性能產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。例如提高設(shè)備健康運(yùn)行水平，做好設(shè)備維護(hù)工作是減少變電所故障的最佳方法。在實(shí)際工作中，地鐵班組人員、維修人員需要加強(qiáng)巡視，利用各種檢測(cè)系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)。其次是采用雙邊供電方式，當(dāng)某一變電所出現(xiàn)故障退出運(yùn)行時(shí)，臨近的變電所直接對(duì)列車進(jìn)行供電并承擔(dān)牽引負(fù)荷，促進(jìn)安全性的提升。

（3）提升接觸網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。接觸網(wǎng)一般直接為列車提供牽引用電，出現(xiàn)故障會(huì)影響列車的正常運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行中，受多方面因素的影響，保障接觸網(wǎng)供電穩(wěn)定性面臨著諸多問題。具體實(shí)施中可以采取以下措施：首先是強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，從根本上提升接觸網(wǎng)的穩(wěn)定性。例如在設(shè)計(jì)中，風(fēng)速、最大受風(fēng)偏移量、接觸網(wǎng)最大跨距、錨段長(zhǎng)度、下錨偏角、設(shè)計(jì)拉出值等安全運(yùn)行數(shù)據(jù)都要認(rèn)真研究與分析，切實(shí)保障設(shè)計(jì)的安全性。其次，接觸網(wǎng)選用的硬件設(shè)施都需要充分考慮實(shí)際運(yùn)行中使用壽命與機(jī)械作用對(duì)設(shè)備的影響。例如在絕緣選型中實(shí)現(xiàn)可靠性要求，提升產(chǎn)品質(zhì)量。尤其需要選用耐腐蝕較強(qiáng)的材料，采用表層防腐技術(shù)等，降低自然因素對(duì)列車運(yùn)行的影響。

（4）強(qiáng)化人員培訓(xùn)，提高地鐵運(yùn)行質(zhì)量。地鐵的運(yùn)行離不開人的操作，在牽引供電系統(tǒng)中更是如此，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要投入更多人力進(jìn)行保障。鑒于人員素質(zhì)的不足，設(shè)備檢修中更需要敬業(yè)精神和專業(yè)技術(shù)。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)人員的培訓(xùn)力度，提高工作人員的專業(yè)素養(yǎng)和技術(shù)水平，為配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。例如，通過培訓(xùn)提升設(shè)備檢修質(zhì)量，進(jìn)而減少非故障原因?qū)е碌耐ｋ娛鹿实某掷m(xù)時(shí)間。針對(duì)應(yīng)急事件設(shè)立專門的處理人員，一旦出現(xiàn)故障，相關(guān)人員能在第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行緊急處理，避免出現(xiàn)更大的事故或損失。

5 結(jié)語

地鐵牽引供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在構(gòu)建和諧社會(huì)背景下，保障地鐵的正常運(yùn)行，乃至提升其運(yùn)行的穩(wěn)定性，是城市軌道交通建設(shè)的目標(biāo)。提升牽引供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性需要做好系統(tǒng)檢修與維護(hù)，降低故障的發(fā)生率；同時(shí)需要做好供電系統(tǒng)故障的處理。雖然目前沒有有效的方法避免供電系統(tǒng)故障的出現(xiàn)，但在分析地鐵牽引供電系統(tǒng)常見故障，并提出檢修與排查策略與應(yīng)急處理措施的基礎(chǔ)上，可以將故障率降到最低，以提升地鐵系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，促進(jìn)城市軌道交通的健康發(fā)展。