肖 磊

(南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司,江蘇 南京 211300)

1 線路特點(diǎn)

南京市山水城林融為一體,江河湖泉相得益彰,長(zhǎng)江穿城而過,雨量充沛,春秋短、冬夏長(zhǎng),冬夏溫差顯著。南京地鐵線路分布在南京市區(qū)及浦口、江寧、六合、溧水、高淳各區(qū),城郊線路相結(jié)合,線路及客流特點(diǎn)差異明顯,跨江、湖線路較多,接觸網(wǎng)殘壓故障易受氣溫、溫差、濕度等影響,易頻繁發(fā)生于郊區(qū)線路秋冬季節(jié)。運(yùn)輸管理事業(yè)部南京南調(diào)度室控制著5條線路的運(yùn)營(yíng),其中三號(hào)線比較特殊,基本都是地下的線路,其余線路均是郊區(qū)或高架地面車站較多的線路,受外界環(huán)境影響較大。

2 地鐵接觸網(wǎng)殘壓產(chǎn)生的原因(以機(jī)場(chǎng)線為例)

(1)分布電容。

正吉區(qū)間至吉印大道高架段接觸網(wǎng)附近存在高壓電纜。兩個(gè)導(dǎo)體平行時(shí)會(huì)在導(dǎo)體間產(chǎn)生“分布電容”。尤其是高壓電纜,高壓電纜與接觸網(wǎng)之間的空氣都可能是個(gè)電容體,電容可以儲(chǔ)能,就會(huì)產(chǎn)生殘壓。

電容計(jì)算公式為

C=ε×ε0×s/d

(1)

式中:C為電容;ε為相對(duì)介電常數(shù);s為兩級(jí)板正對(duì)面積;d為兩極板間垂距離。

由于故障當(dāng)晚該區(qū)段恰逢大霧天氣,空氣潮濕,相對(duì)介電常數(shù)比平日偏大,電容也相應(yīng)增大。在高壓電纜與接觸網(wǎng)之間的空氣中儲(chǔ)存了比正常情況下更多的電荷,從而導(dǎo)致線路殘壓高過整定值,線路測(cè)試不通過。

(2)感應(yīng)電壓。

正吉區(qū)間至吉印大道高架段接觸網(wǎng)附近存在高壓電纜,如果高壓電纜通有交變電流,該電纜周圍就存在交變磁場(chǎng)。因?yàn)榻蛔兇艌?chǎng)切割靜止的導(dǎo)線與導(dǎo)線切割靜止的磁場(chǎng)是一樣的(相對(duì)運(yùn)動(dòng)),因此處在該磁場(chǎng)中的接觸網(wǎng)中會(huì)存在電勢(shì)差,殘壓就此產(chǎn)生。

(3)數(shù)據(jù)分析。

目前南京地鐵既有線路中,三號(hào)線與寧和線為市區(qū)線路,機(jī)場(chǎng)線、寧高線及寧溧線為郊區(qū)線路。2019年9—12月份接觸網(wǎng)殘壓故障統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 2019年9—12月份接觸網(wǎng)殘壓故障統(tǒng)計(jì)

結(jié)論:接觸網(wǎng)殘壓故障頻發(fā)期為10—12月份;接觸網(wǎng)殘壓故障較易發(fā)生在郊區(qū)線路;接觸網(wǎng)殘壓故障易受天氣及溫度的變化影響。

(4)機(jī)場(chǎng)線殘壓影響送電實(shí)例。

南京地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示,其中編號(hào)三位數(shù)代表斷路器開關(guān),編號(hào)四位數(shù)且尾數(shù)為1是隔離開關(guān),其余四位數(shù)編號(hào)均為越區(qū)開關(guān)。

圖2 南京地鐵接觸網(wǎng)供電示意圖

2019年11月20號(hào)機(jī)場(chǎng)線在夜間施工結(jié)束后送電,發(fā)生正吉區(qū)間213、214開關(guān),吉印大道211、212無法合閘。具體經(jīng)過如下。

11月20日2∶50～3∶50,氣溫7～8 ℃,部分地區(qū)有霧。2∶53電調(diào)執(zhí)行程控全線送電。

2∶55程控執(zhí)行完畢,正吉區(qū)間213、214開關(guān);吉印大道211、212開關(guān)線路測(cè)試不通過未合閘;2∶59執(zhí)行復(fù)歸操作后,合正吉區(qū)間213開關(guān),線路測(cè)試不通過;2∶59～3∶18期間試過分開刀閘后合斷路器,均成功。合上刀閘后再合斷路器則線路測(cè)試不通過。對(duì)分閘開關(guān)執(zhí)行一次分閘操作后依然不能合上。3∶20分開吉印大道213開關(guān);3∶20分開佛城西路211開關(guān);3∶21合上吉印大道2113越區(qū)開關(guān);3∶21合上佛城西路211開關(guān),線路測(cè)試不通過;3∶29分開正吉區(qū)間211開關(guān);3∶30合上正吉區(qū)間2113越區(qū)開關(guān);3∶30合上正方中路213開關(guān),線路測(cè)試通過合閘;3∶30～3∶34利用正吉區(qū)間2124開關(guān)對(duì)上行送電成功。并取消上下行越區(qū)方式,恢復(fù)正常雙邊供電。

3 故障處理措施

線路接觸網(wǎng)停電后,停電區(qū)域送電時(shí)因殘壓較高,線路測(cè)試不通過,導(dǎo)致接觸網(wǎng)無法正常送電,針對(duì)無法正常送電基本上電調(diào)有四種解決方案。

(1)越區(qū)送電。

如果越區(qū)送電成功,則取消越區(qū)操作后恢復(fù)正常供電方式。如果越區(qū)不成功,則利用越區(qū)開關(guān)執(zhí)行相同操作,如果不成功即無法通過越區(qū)送電方式恢復(fù)送電。

(2)如果第一種方法不成功,調(diào)整線路測(cè)試整流電壓值。

線路測(cè)試:SEPCOS在斷路器合閘前進(jìn)行線路測(cè)試,主要監(jiān)測(cè)Ur母線電壓,饋線電壓Uf。防止斷路器合到故障線路上,進(jìn)行的對(duì)饋出回路電阻*的測(cè)試。Ur為母線電壓,Uf為饋線電壓,Uresidue為線路殘壓(150 V),Uflow為線路最小工作電壓(1 050 V)。斷路器合閘前進(jìn)行線路測(cè)試的五種場(chǎng)景如圖3所示。Rectifier voltage 為整流器進(jìn)線電壓,Feeder voltage為直流饋線電壓。Feeder low為最低進(jìn)線電壓,Feeder residue為殘壓。

圖3 斷路器合閘線路測(cè)試

UrUflow,直接合閘。

Ur>Uflow,且Uf>Uflow,直接合閘。

Ur>Uflow,且Uf

圖3中第3種、第5種場(chǎng)景均為閉鎖斷路器合閘。

南京南調(diào)度大廳的五條地鐵線路通常線路測(cè)試整定值為600 V,當(dāng)線路發(fā)生殘壓故障導(dǎo)致線路殘留電壓超過600 V后,線路測(cè)試將會(huì)失敗,相關(guān)送電刀閘將無法動(dòng)作,SCADA系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。電調(diào)建議高壓在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)Uresidue整定值:通知電調(diào)與高壓專業(yè)工程師,由工程師提出臨時(shí)修改定值,當(dāng)殘壓低于Uresidue整定值時(shí),即可通過線路測(cè)試方可正常送電。

(3)不可調(diào)整Uresidue整定值時(shí)則掛地線釋放殘壓。

通知接觸網(wǎng)專業(yè)到送電失敗的接觸網(wǎng)上掛地線,電調(diào)同行調(diào)確認(rèn)送電失敗區(qū)段,接觸網(wǎng)到達(dá)就近車站登記臨時(shí)作業(yè),得到行調(diào)及電調(diào)同意后下軌行區(qū)作業(yè)。通過將存在殘壓的線路區(qū)間進(jìn)行接觸網(wǎng)掛地線,將殘壓導(dǎo)入大地釋放殘壓,待殘壓釋放完畢或達(dá)到整定值后,拆除地線后作業(yè)人員與觸網(wǎng)保持安全距離,通過線路測(cè)試電調(diào)即可恢復(fù)正常送電。

(4)以上方法均不可用。

通知高壓到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),電調(diào)遠(yuǎn)方進(jìn)行數(shù)次送電操作,高壓觀察現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況,確認(rèn)設(shè)備無其他故障;接觸網(wǎng)確認(rèn)地線已拆,觸網(wǎng)設(shè)備正常后,可通知高壓通過SEPCOS將線路測(cè)試功能退出,電調(diào)控合送電。

4 相關(guān)預(yù)想及行車調(diào)整

(1)冬運(yùn)或殘壓高發(fā)時(shí)期夜間施工原則上嚴(yán)格按照施工計(jì)劃進(jìn)行停電類施工,盡量不多停供電分區(qū)或取消部分停電施工。

地鐵運(yùn)營(yíng)運(yùn)管關(guān)于《運(yùn)輸管理事業(yè)部冬運(yùn)防寒工作細(xì)化方案》中提到:①運(yùn)營(yíng)期間接到預(yù)警信息或突發(fā)惡劣天氣時(shí),值班主任應(yīng)根據(jù)公司冬運(yùn)防寒工作方案中施工取消條件的規(guī)定,結(jié)合實(shí)際情況,根據(jù)天氣預(yù)警及壓道安排提前做好施工作業(yè)調(diào)整。如接到供電專業(yè)匯報(bào)不適合停電施工,調(diào)度室及時(shí)確認(rèn)后取消相關(guān)作業(yè)計(jì)劃。

(2)夜間施工期間或施工結(jié)束送電期間出現(xiàn)殘壓故障第一時(shí)間匯報(bào)。

夜間施工期間出現(xiàn)供電故障,電調(diào)通知行調(diào)故障信息并通知專業(yè),行調(diào)亦及時(shí)匯報(bào)值班主任及綜調(diào),防止故障信息傳遞閉塞,導(dǎo)致處理時(shí)間延長(zhǎng)造成更大的影響。

(3)及時(shí)通知供電接觸網(wǎng)和供電高壓兩個(gè)專業(yè)隊(duì)伍到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。針對(duì)具體故障原因,一般多為刀閘故障或殘壓過高故障,為避免故障處置期間兩個(gè)專業(yè)之間互相推諉或出現(xiàn)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間間隔較大,因此出現(xiàn)供電故障時(shí),電調(diào)應(yīng)及時(shí)通知接觸網(wǎng)及高壓兩個(gè)專業(yè)均到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),協(xié)同處置,提高效率。

(4)做好越區(qū)供電的預(yù)想并做好配合調(diào)整。

正常工作狀態(tài)下,正線接觸網(wǎng)通過兩個(gè)相鄰的牽引變電所構(gòu)成雙邊供電;當(dāng)某個(gè)中間牽引變電所退出運(yùn)行時(shí),相關(guān)正線接觸網(wǎng)由與該牽引變電所相鄰的2個(gè)牽引變電所通過直流母線或縱向聯(lián)絡(luò)開關(guān)越區(qū)供電,構(gòu)成大雙邊供電。采用直流母線構(gòu)成大雙邊供電的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便,容易實(shí)現(xiàn),利用故障變電所的牽引母線將上下行接觸網(wǎng)并聯(lián),改善了牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量,缺點(diǎn)是當(dāng)故障涉及故障變電所的直流母線或饋線開關(guān)時(shí)不再適用,當(dāng)接觸網(wǎng)某處再次發(fā)生短路故障時(shí),可能引起多路饋線開關(guān)跳閘,從而擴(kuò)大事故范圍。

因此當(dāng)出現(xiàn)殘壓送不上電故障,電調(diào)提供越區(qū)供電的方案時(shí),行調(diào)應(yīng)及時(shí)與電調(diào)確認(rèn)需要配合的要求。在采用越區(qū)供電前,需將相鄰的兩個(gè)供電分區(qū)先停電再合相關(guān)刀閘開關(guān)后執(zhí)行越區(qū)供電。然而越區(qū)供電的第二個(gè)弊端就是接觸網(wǎng)某處再次發(fā)生短路故障時(shí),可能引起另外兩個(gè)相鄰的好的供電分區(qū)發(fā)生跳閘,從而擴(kuò)大事故范圍。

(5)采用越區(qū)供電成功后,根據(jù)電調(diào)要求調(diào)整該區(qū)段的行車要求。

電壓質(zhì)量是作為考核電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的重要內(nèi)容之一。供電電壓主要受系統(tǒng)電壓、供電線路導(dǎo)線線徑、供電線路長(zhǎng)度(供電半徑)、用電負(fù)荷等因素影響。一般來說,系統(tǒng)電壓一定,地鐵供電接觸網(wǎng)的直徑一定,供電接觸網(wǎng)線路越長(zhǎng),末端電壓越低,電壓質(zhì)量越低。

當(dāng)采用越區(qū)供電的區(qū)段,可能存在上下行線路同時(shí)有一列及以上的電客車同時(shí)啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí),此時(shí)接觸網(wǎng)末端的電壓質(zhì)量較低,造成后趟列車牽引力不夠的現(xiàn)象出現(xiàn)。因此行調(diào)需調(diào)整線路上下行列車的間隔,可適當(dāng)調(diào)整越區(qū)供電區(qū)段,同一時(shí)間點(diǎn)線路上下行只有一趟列車在牽引或制動(dòng),以確保列車能正常得電工作。

(6)當(dāng)出現(xiàn)無法送上電或越區(qū)供電不成功,相關(guān)接觸網(wǎng)供電區(qū)段中斷,行調(diào)做好相關(guān)的行車調(diào)整。

根據(jù)《線網(wǎng)接觸網(wǎng)分區(qū)失電應(yīng)急處置指導(dǎo)書》相關(guān)要求,發(fā)生接觸網(wǎng)分區(qū)失電時(shí),需明確故障原因及現(xiàn)場(chǎng)情況,遵循“先通后復(fù)”的原則進(jìn)行處置,嚴(yán)禁臆測(cè)。同一分區(qū)短期內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)跳閘失電時(shí),無論“三檢查,一限速”規(guī)定是否已執(zhí)行,均做好小交路準(zhǔn)備,不得將載客列車駛?cè)胩l的供電分區(qū)內(nèi),合理組織交路最大限度維持運(yùn)營(yíng)。遇同兩條進(jìn)路須同站臺(tái)換乘時(shí),需從以下幾方面做好安全卡控:①行調(diào)做好監(jiān)控根據(jù)行車間隔,做好鄰站扣車,避免兩列車同時(shí)進(jìn)入同一站臺(tái);②列車進(jìn)站前須停車?guó)Q笛,憑車站人員引導(dǎo)手信號(hào)進(jìn)站;③值班主任/調(diào)度長(zhǎng)安排專人重點(diǎn)監(jiān)控列車位置,并通過CCTV監(jiān)控共用站臺(tái)列車占用情況。

5 結(jié) 論

殘壓過高現(xiàn)象集中在每年11月至次年2月期間,氣溫突降、逢大霧天氣易發(fā)生,并集中發(fā)生于臨近水域、山丘的正線或車輛段,調(diào)度員班前應(yīng)做好類似故障學(xué)習(xí)總結(jié),當(dāng)班期間做好充分預(yù)想,加強(qiáng)監(jiān)控,夜間須加強(qiáng)對(duì)停送電作業(yè)情況關(guān)注,供電類施工盡量不延遲銷點(diǎn),為接觸網(wǎng)送電早做準(zhǔn)備。供電類施工結(jié)束,布置施工人員留守保障至送電成功,接報(bào)故障后行調(diào)及時(shí)與電調(diào)確認(rèn)故障原因及影響,通知電調(diào)按就近原則優(yōu)先安排正線接觸網(wǎng)駐點(diǎn)班組前往處置,及時(shí)跟蹤故障處置進(jìn)展,做好與專業(yè)間配合,提高處置效率,減少對(duì)運(yùn)營(yíng)影響。