唐文清

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司， 200070， 上?！喂こ處?

上海軌道交通15號線(以下簡稱“15號線”)全長約42.3 km，共設(shè)30座地下車站，是國內(nèi)首條開通即具備GoA4(無人干預(yù)列車運行)的大運量城市軌道交通線路。本文結(jié)合交通運輸部交辦運[2019]17號《交通運輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)〈城市軌道交通初期運行前安全評估技術(shù)規(guī)范 第1部分：地鐵和輕軌〉的通知》第四十條對供電系統(tǒng)功能檢驗的要求，通過介紹15號線新線建設(shè)期間開展的供電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)工作實施情況，重點對相鄰主變電所支援供電測試、牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測試及變電所0.4 kV低壓備用進線自動投入裝置測試等聯(lián)調(diào)方案進行分析,針對性地提出相應(yīng)的聯(lián)調(diào)方案，并總結(jié)了實際操作中的難點及優(yōu)化措施。

1 相鄰主變電所支援供電測試

15號線全線共設(shè)3座主變電所、2座35 kV開關(guān)站。由于主變電所相互支援供電測試的內(nèi)容及方案大致相同，下文以虹梅路主變電所支援元江路主變電所測試為例進行論述，其供電測試示意圖如圖1所示。

1.1 測試目的

1) 檢驗1座主變電所因故解列時，相鄰主變電所能否同時負擔(dān)解列主變電所牽引和動力照明的一、二級負荷。

2) 在支援供電期間，檢驗供電系統(tǒng)設(shè)備是否能夠持續(xù)穩(wěn)定、可靠地運行，如主變壓器的負載率、環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)電纜的負載電流、中壓環(huán)網(wǎng)線路末端的電壓損失等是否滿足設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3) 檢驗運營調(diào)度人員在1座主變電所解列時的應(yīng)急處置能力，并測試從正常供電模式切換到支援供電模式的用時。

1.2 測試內(nèi)容及步驟

1) 模擬元江路主變電所2#主變壓器故障，對元江路主變電所的相關(guān)開關(guān)設(shè)備及繼電保護作預(yù)定操作，使元江路主變電所的單臺主變壓器退出運行且其35 kV母線系統(tǒng)保持正常。

2) 操作環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由相鄰的虹梅路主變電所向元江路主變電所支援供電，保持該運行方式1～3 d，記錄支援供電期間測試區(qū)段的供電情況。

注：箭頭方向為支援供電方向。

1.3 測試難點

1) 模擬解列的主變電所在清負荷過程中會導(dǎo)致下級車站變電所35 kV母排短時失電，進而造成所轄混合變電所牽引整流機組短時失電。此時該接觸網(wǎng)供電區(qū)段將由相鄰牽引變電所進行短時單邊供電，單邊供電期間該區(qū)段的牽引供電能力及供電可靠性將有所下降。

2) 倒閘過程中會導(dǎo)致下級變電所400 V母排瞬時失電，測試前需確認車站重要負荷的應(yīng)急電源裝置已投入使用且功能正常。相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)在測試期間進行設(shè)備保駕，以確保設(shè)備切換正常。

3) OCC(運營控制中心)電力監(jiān)控系統(tǒng)遙控、遙信功能應(yīng)完成測試并投入使用。若OCC電力監(jiān)控系統(tǒng)不具備遠程控制功能，將導(dǎo)致測試時長增加，不利于保障供電設(shè)備的可靠性。

1.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

1) 供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按列車運行的遠期通過能力設(shè)計。對互為備用的供電電力線路，當(dāng)一路退出運行時，另一路應(yīng)承擔(dān)其一、二級負荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過5%。

2) 從正常供電方式調(diào)整為非正常供電方式后，所有環(huán)網(wǎng)變電所開關(guān)的繼電保護定值組切換正常，整定值滿足要求，開關(guān)未發(fā)生誤動作。

3) 倒閘操作流程盡可能簡化，以保證供電系統(tǒng)能夠簡單、快速地恢復(fù)正常供電。

1.5 測試結(jié)果

虹梅路主變電所支援供電期間，元江路主變電所對應(yīng)主變壓器的負載率約為13%～17%，35 kV環(huán)網(wǎng)末端電壓約為35.44～35.82 kV，中壓環(huán)網(wǎng)線路末端的電壓損失未超過5%。朱梅路站環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)電纜的負載電流約為20.72～81.57 A。測試結(jié)果符合設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.6 優(yōu)化措施

1) 建議在測試時正線接觸網(wǎng)可采取越區(qū)供電方式，即相鄰牽引變電所通過本所1 500 V直流母排進行越區(qū)供電，以減少對正線列車牽引系統(tǒng)的影響。

2) 在試運行期間，因正線的行車對數(shù)較少，車站環(huán)控等設(shè)備也因調(diào)試等原因無法正常開啟，設(shè)備運行狀態(tài)很難達到初期運營條件。應(yīng)盡可能在最大行車密度和低壓滿負荷運行方式下進行測試，以驗證供電系統(tǒng)的能力和供電設(shè)備功能是否滿足設(shè)計要求。

3) 在測試過程中，需要將解列主變電所所轄范圍內(nèi)的變電所下級負荷全部清除。相比一次性切斷或恢復(fù)所有電源的方式，該方式帶負荷分合閘產(chǎn)生的沖擊電流較小，不易產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩或設(shè)備損壞。但在城市軌道交通正式運營后若發(fā)生此類突發(fā)供電故障，應(yīng)最大限度縮短電源恢復(fù)時間。建議測試時不清除下級負荷，以減少操作步驟，保證測試方法更貼合開通后的實際運營需求。

4) 在新線建設(shè)階段，電力調(diào)度(以下簡稱“電調(diào)”)沒有正式接管設(shè)備。在此期間若開展相關(guān)測試，電調(diào)人員出于對安全責(zé)任的考量，往往不會主動參與測試。而測試采用的操作方式及應(yīng)急措施將作為以后此類突發(fā)故障處理的依據(jù)，因此，電調(diào)有必要在調(diào)試階段進行實際的操作。

2 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測試

15號線全線共設(shè)18座牽引變電所，其中：正線牽引變電所的平均間距為2.783 km，最大間距為3.530 km，大雙邊供電的最大距離為6.607 km。

本次牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測試選擇在桂林路站—婁山關(guān)路站的上行區(qū)間(距離約為5.296 km)展開。測試使用了3列車，其車底號分別為15012、15014、15015(以下簡稱“列車15012”、“列車15014”、“列車15015”)。列車的行進路線如圖2所示。

a) 測試列車的起動位置

2.1 測試目的

1) 模擬多車運行工況，檢驗大雙邊供電運行方式下牽引電壓和電流等是否符合設(shè)計要求。

2) 檢驗DC 1 500 V開關(guān)整定值設(shè)置的合理性。

2.2 測試內(nèi)容及步驟

1) 模擬解列姚虹路站牽引變電所，由電調(diào)遙控操作測試區(qū)間相關(guān)變電所直流饋線開關(guān)。確認桂林路站—婁山關(guān)路站上行為大雙邊供電模式。

2) 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測試前，由行車調(diào)度(以下簡稱“行調(diào)”)將列車15012停在紅寶石路站上行站臺、列車15014停在姚虹路站上行站臺、列車15015停在吳中路站上行站臺。

3) 在桂林路站安裝并調(diào)試直流測試儀。該測試通過在DC 1 500 V上網(wǎng)電纜處加裝直流互感器并外接直流電流測試儀的方式，記錄列車運行的電流波形。直流測試儀的接線方式如圖3所示。

a) 現(xiàn)場安裝圖

5) 行調(diào)通過通信設(shè)備同時向3列測試列車的司機發(fā)出列車起動命令，司機受令后同時以全牽引力起動列車。運行過程中，列車車速升至正常運行規(guī)定的時速。列車15012運行至婁山關(guān)路上行站臺停車待命，列車15014運行至紅寶石路上行站臺停車待命，列車15015運行至姚虹路站上行站臺停車待命。列車就位后，司機通知行調(diào)。

6) 確認測試變電所內(nèi)參數(shù)記錄完畢后，測試人員拆除直流電流測試儀，并向電調(diào)匯報測試情況。由電調(diào)遙控操作相應(yīng)開關(guān)，倒回正常供電方式，并通知行調(diào)供電方式已恢復(fù)正常。行調(diào)指揮試驗列車有序回庫。

2.3 測試難點

1) 要求測試列車統(tǒng)一布置在同一個大雙邊供電區(qū)域內(nèi)。由于列車前后間距較短，所有參與測試的列車均應(yīng)具備ATP(列車自動防護)功能。

2) 當(dāng)直流饋線距離較長且行車密度較大時，有可能出現(xiàn)最大負荷電流大于末端短路電流的情況，還有可能出現(xiàn)列車起動時最大電流變化率大于等于線路遠端電流變化率的情況，進而導(dǎo)致直流開關(guān)跳閘。此時基于安全考慮，各列車應(yīng)緩慢停車待命，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，以此作為調(diào)整電流增量保護、電流上升率保護的保護定值的依據(jù)。

3) 測試過程中OCC行調(diào)與電調(diào)須相互配合協(xié)作，變電所測試組人員與列車司機通過無線對講機等通信設(shè)備保持良好溝通。列車司機根據(jù)調(diào)度指令將列車停在指定位置，待行調(diào)下達列車牽引起動命令后，測試列車必須同時起動，這樣才能測得對應(yīng)直流饋線開關(guān)的最大電流值，因此，測試時要求司機精神集中、操作嫻熟。

2.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

1) 當(dāng)正線的中間牽引變電所退出運行時，應(yīng)由相鄰的兩座牽引變電所依靠其兩套牽引整流機組的過負荷能力實施大雙邊供電。在大雙邊供電情況下，牽引供電系統(tǒng)允許的電壓波動范圍為1 000～1 800 V。

2) 直流保護系統(tǒng)應(yīng)保證在列車正常運行時不會因誤跳閘而影響列車的正常運行。

2.5 測試結(jié)果

當(dāng)姚虹路站牽混所退出運行、桂林路站—婁山關(guān)路站上行接觸網(wǎng)實行大雙邊供電時，模擬3列測試列車同時全牽引起動，得到的測速波形如圖4所示。由圖4可知：牽引網(wǎng)最低電壓為1 569 V，在允許的電壓波動范圍內(nèi)(1 000～1 800 V)；最大牽引電流為3 520 A，未對直流設(shè)備造成影響(無保護跳閘)。牽引電壓和電流均符合設(shè)計要求。

圖4 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測試波形Fig.4 Traction catenary cross-region power supply test waveform

2.6 優(yōu)化措施

應(yīng)盡可能選取線路軌行區(qū)最大坡道處進行測試，列車應(yīng)由坡底向坡頂方向行駛，且測試列車均應(yīng)在AW3(滿座+9人/m2超常載荷)工況下進行此項測試。

3 變電所0.4 kV低壓備用進線自動投入裝置功能測試

3.1 測試目的

1) 檢驗0.4 kV分段開關(guān)的備用進線自動投入裝置(以下簡稱“備自投”)的功能是否滿足設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)要求及運營需求。

2) 檢驗供電模式切換時是否會對其他系統(tǒng)的正常運行造成影響，其他系統(tǒng)包括信號、通信、FAS(火災(zāi)報警系統(tǒng))、EMCS(機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、AFC(自動售檢票)系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)、給排水、動力照明、電扶梯、站臺門等。

3.2 測試內(nèi)容

1) 任選1座車站降壓變電所，在正常運行狀態(tài)下模擬Ⅰ段動力變壓器的溫控跳閘繼電器動作，Ⅰ段動力變壓器的35 kV斷路器跳閘失電，0.4 kV的Ⅰ段進線斷路器跳閘，0.4 kV的Ⅰ段母線失電。同時，0.4 kV母線三級負荷斷路器自動分閘。

2) 經(jīng)延時2～3 s(延時依據(jù)設(shè)計要求確定)后，0.4 kV母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動合閘，0.4 kV的Ⅰ、Ⅱ段母線均通過Ⅱ段動力變壓器供電。

3) 合上Ⅰ段動力變壓器的35 kV斷路器，Ⅰ段動力變壓器送電，0.4 kV母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動分閘。然后合上0.4 kV的Ⅰ段進線斷路器，0.4 kV的Ⅰ段母線由Ⅰ段動力變壓器供電。同時，0.4 kV母線三級負荷斷路器手動或自動合閘，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行狀態(tài)。

4) 記錄測試操作過程和相關(guān)電能參數(shù)。

3.3 測試難點

1) 測試過程中需記錄備自投切換過程的動作次序和間隔時間，其中對開關(guān)動作間隔時間的采集精度要求較高。

2) 若0.4 kV低壓備自投切換失敗，將導(dǎo)致0.4 kV的某段母線短時失電，因此，測試前需確保變電所0.4 kV出線的重要負荷雙電源切換裝置已完成調(diào)試并投入使用，必要時應(yīng)安排專業(yè)技術(shù)人員保駕。測試結(jié)束后，應(yīng)確認下級用戶設(shè)備狀態(tài)是否正常。

3.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

1) 當(dāng)變電所1#/2#進線斷路器非故障失壓時，該進線斷路器可自動分閘，三級負荷分閘，母聯(lián)斷路器合閘，由另一路進線電源為車站變電所內(nèi)所有的一、二級負荷供電；當(dāng)電源恢復(fù)時，系統(tǒng)可自動恢復(fù)至正常的供電狀態(tài)。0.4 kV低壓備自投自動切換功能正常。

2) 0.4 kV低壓備自投切換過程的動作次序和時間符合設(shè)計要求。如圖5所示，15號線0.4 kV開關(guān)柜設(shè)備控制邏輯如下：①正常情況下，進線斷路器均為合閘狀態(tài)，母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)，三級負荷總開關(guān)為合閘狀態(tài)；②當(dāng)1#/2#進線斷路器發(fā)生失壓，延時大于t+0.5 s(t為該變電所35 kV母聯(lián)柜檢母線無壓延時定值)時，此進線斷路器分閘，三級負荷總開關(guān)自動分閘，母聯(lián)斷路器合閘；③當(dāng)進線回路電壓恢復(fù)時，母聯(lián)斷路器分閘，此進線斷路器合閘，三級負荷總開關(guān)手動合閘；④當(dāng)2個進線回路同時失電時，1#/2#進線斷路器分閘，母聯(lián)斷路器分閘，三級負荷總開關(guān)自動分閘。

圖5 400 V開關(guān)柜備自投裝置邏輯圖Fig.5 Logic diagram of 400 V switchgear with automatic switching device

3.5 測試結(jié)果

在全線各降壓變電所、混合變電所、跟隨變電所0.4 kV低壓備自投測試過程中，備自投的自動切換功能、切換過程動作次序、切換時間，以及切換過程中的電能參數(shù)、三級負荷回路的切除功能等，均符合設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 優(yōu)化措施

1) 按常規(guī)繼電保護整定原則，0.4 kV母聯(lián)備自投時間較本所35 kV 母聯(lián)備自投時間多0.5 s，建議將35 kV分段備自投功能驗證與0.4 kV低壓備自投功能驗證相結(jié)合，以驗證0.4 kV母聯(lián)備自投時間與35 kV備自投時間的匹配性。

2) 切換過程的時間通常采用變電所綜合自動化或中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)的報文顯示時間，但由于網(wǎng)絡(luò)傳輸可能存在一定的延時，所以該時間計量方式并不十分準(zhǔn)確，與實際開關(guān)動作間隔時間存在一定的時間誤差。因此，建議使用專業(yè)的繼電保護測試儀進行測試。

3) 0.4 kV低壓備自投功能是該設(shè)備的一項重要功能，因此在功能設(shè)計時需要綜合考量，結(jié)合不同運營模式的需求，在保證功能可靠的前提下盡量優(yōu)化聯(lián)鎖條件，設(shè)置合理的延時，以確保程序簡潔高效，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

城市軌道交通初期運營前安全評估對供電系統(tǒng)進行的功能核驗，是檢驗供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的必要措施，也是城市軌道交通線路開通后安全運營的重要保障。本文基于交運為[2019]17號關(guān)于供電系統(tǒng)功能驗證的相關(guān)要求，提出了相應(yīng)的功能驗證方案及優(yōu)化建議。其他設(shè)備系統(tǒng)同樣有必要進行類似的梳理和歸納，進而形成一套完整的適用于城市軌道交通各設(shè)備系統(tǒng)初期運營前的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)。