單軌車輛與地鐵車輛試驗(yàn)線共用調(diào)試電源變電所設(shè)計(jì)特點(diǎn)

李建華 舒祎敏

單軌車輛與地鐵車輛試驗(yàn)線共用調(diào)試電源變電所設(shè)計(jì)特點(diǎn)

李建華 舒祎敏

（重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，401122，重慶∥第一作者，高級(jí)工程師）

城市軌道交通車輛工廠的調(diào)試線需要使用直流牽引變電所。車輛工廠的調(diào)試線相比城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線又有其自身的特點(diǎn)。車輛工廠的調(diào)試線牽引變電所相對(duì)運(yùn)營(yíng)線較為簡(jiǎn)潔，使用靈活。在同時(shí)生產(chǎn)地鐵車輛與跨坐式單軌車輛的工廠，針對(duì)其直流電源調(diào)試變電所新建和改建工程，簡(jiǎn)述調(diào)試線相比運(yùn)營(yíng)線在牽引變電所方面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

軌道車輛廠；地鐵車輛；跨坐式單軌車輛；調(diào)試電源變電所

在“十三五”時(shí)期，我國(guó)將進(jìn)入城市軌道交通建設(shè)大發(fā)展階段，到2020年規(guī)劃線路里程將超過(guò)10 000 km。伴隨著城市軌道交通的發(fā)展，軌道交通車輛廠數(shù)量日益增多，規(guī)模逐漸擴(kuò)大，技術(shù)不斷更新，產(chǎn)量大大增加。隨著重慶軌道交通2號(hào)線與3號(hào)線跨坐式單軌制式的軌道交通建成通車，單軌車輛產(chǎn)業(yè)也在我國(guó)悄然起步。部分軌道交通車輛廠在具備鋼輪鋼軌地鐵車輛生產(chǎn)能力的情況下，又增加了單軌車輛的生產(chǎn)調(diào)試工藝線。長(zhǎng)春客車廠是我國(guó)第一個(gè)具備單軌車輛生產(chǎn)能力的廠家，其又在重慶投資新建重慶長(zhǎng)客廠，同時(shí)具備地鐵車輛與單軌車輛的生產(chǎn)能力。青島四方車輛廠也對(duì)其生產(chǎn)線進(jìn)行改造，增加了單軌車輛的生產(chǎn)能力。本文討論了車輛廠需要在原有地鐵試驗(yàn)線的基礎(chǔ)上增加單軌車輛試驗(yàn)的共用調(diào)試電源變電所的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

1 調(diào)試線變電所的分類及要求

根據(jù)車輛廠的調(diào)試工藝要求，設(shè)置了靜調(diào)線和動(dòng)調(diào)線。靜調(diào)線即對(duì)車輛的輔助逆變器所屬輔助回路的電氣系統(tǒng)，如空調(diào)、照明、廣播、視頻等進(jìn)行調(diào)試；動(dòng)調(diào)線即在車輛生產(chǎn)組裝完成后對(duì)整車在試車線上進(jìn)行熱滑試驗(yàn)。

車輛廠的靜調(diào)線設(shè)置在車間內(nèi)，線上鋪設(shè)地鐵車用的鋼軌及其受流系統(tǒng)。如要調(diào)試單軌車輛，可利用假臺(tái)車將單軌車推入靜調(diào)線調(diào)試，因單軌車無(wú)法使用地鐵車的接觸網(wǎng)或三軌系統(tǒng)受流，因此只能采用電纜引入調(diào)試電源。而動(dòng)調(diào)線單軌車和地鐵車就只能分開(kāi)設(shè)置。

動(dòng)、靜調(diào)試線都需要配置直流調(diào)試電源，且電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：①動(dòng)、靜調(diào)試線調(diào)試時(shí)互不影響；②在動(dòng)調(diào)或靜調(diào)調(diào)試線上，必須滿足單軌車和地鐵車對(duì)直流電源系統(tǒng)的不同要求；③需要滿足在直流1 000~1 800 V電壓范圍內(nèi)不同電壓值下調(diào)試車輛的要求。

因此，動(dòng)、靜調(diào)試線直流電源變電所是合建還是分建，需要考慮以下情況：

（1）靜調(diào)線僅為車輛輔助回路電氣系統(tǒng)的調(diào)試，根據(jù)廠區(qū)工藝要求，一般僅調(diào)試一兩列車，容量較??；動(dòng)調(diào)線根據(jù)所生產(chǎn)的車型電機(jī)配置及最大編組情況考慮列車調(diào)試容量，容量要求很大。

（2）靜調(diào)線調(diào)試的使用頻率較大，而動(dòng)調(diào)線的調(diào)試使用頻率較小，僅在車輛出廠前進(jìn)行一兩天的熱滑試驗(yàn)。

綜上所述，如果共用一個(gè)變電所，靜、動(dòng)調(diào)試線同時(shí)使用，變壓器容量需比單獨(dú)設(shè)置動(dòng)調(diào)線電源要大。由于單軌車與地鐵車供電制式有所差異，動(dòng)、靜調(diào)試線同時(shí)調(diào)試時(shí)只能調(diào)試同一類型車輛，靈活性較差；而且多數(shù)時(shí)間僅為靜調(diào)線調(diào)試，這樣負(fù)載率太低，損耗很大，因此采用分建方案較為合理。

根據(jù)車輛廠提供的車輛參數(shù)和調(diào)試需求，一般靜調(diào)線變電所整流變壓器容量選擇為400~800 kV·A，動(dòng)調(diào)線變電所整流變壓器容量為4 000~5 000 kV·A。

2 電壓等級(jí)及整流機(jī)組接線方案

目前城市軌道車輛的電壓等級(jí)主要是以750 V和1 500 V為主。考慮到調(diào)試兩種電壓等級(jí)車輛的需要，變電所整流機(jī)組直流輸出端必須要有兩種電壓等級(jí)。主接線采用兩套整流變壓器組串并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)兩種電壓等級(jí)，單臺(tái)機(jī)組額定電壓為750 V（見(jiàn)圖 1）。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān) 201、202、203、204 且斷開(kāi)開(kāi)關(guān)205時(shí)，兩組整流機(jī)組形成并聯(lián)工作狀態(tài)，向直流母線輸出電壓750 V；當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)201、204、205且斷開(kāi)開(kāi)關(guān)202、203時(shí)，兩組整流機(jī)組形成串聯(lián)工作狀態(tài)，向直流母線輸出電壓1 500 V。

圖1 整流機(jī)組主接線示意圖

目前，城市軌道交通車輛的電壓等級(jí)以DC 1 500 V為主。根據(jù)車輛廠所面向的市場(chǎng)情況，如果只生產(chǎn)DC 1 500 V的車輛，出于節(jié)省投資，方便以后運(yùn)行管理的目的，可采用單套DC 1 500 V的整流機(jī)組供電。

調(diào)試線與運(yùn)營(yíng)線的供電可靠性要求不同。運(yùn)營(yíng)線的供電可靠性直接影響市政客運(yùn)交通，所以直流供電系統(tǒng)都為雙電源供電，按一級(jí)負(fù)荷考慮。調(diào)試線供電系統(tǒng)即使發(fā)生停電故障，也可檢修后再進(jìn)行調(diào)試，影響較小，所以系統(tǒng)只考慮一路電源供電。變電所按三級(jí)負(fù)荷，有人值班設(shè)計(jì)。

3 直流側(cè)主接線

由于單軌車與地鐵車的供電制式不同，保護(hù)也有所不同，所以兩種制式的車輛不能同時(shí)調(diào)試。因此，變電所為兩種車型各饋出一路回路，相互獨(dú)立。每回正極采用直流斷路器，正負(fù)極用一臺(tái)電動(dòng)雙極隔離開(kāi)關(guān)起分?jǐn)嘧饔?，?jiàn)圖2。

圖2 直流側(cè)主接線示意圖

當(dāng)調(diào)試地鐵車輛時(shí)，閉合斷路器301和隔離開(kāi)關(guān)401，其他開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)位置；當(dāng)調(diào)試單軌車輛時(shí)，閉合斷路器302、隔離開(kāi)關(guān)402和205，其他開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)位置。地鐵車輛正極采用架空接觸網(wǎng)或第三軌受流，采用鋼軌作為負(fù)極回流，鋼軌連接鋼軌電位限制裝置以保證鋼軌電壓在安全范圍內(nèi)，但根據(jù)車輛廠調(diào)試線的實(shí)際情況，也可以采用鋼軌直接接地的做法。而單軌車輛正負(fù)極均采用軌道梁兩側(cè)的鋼性接觸網(wǎng)受回流，車體采用橡膠輪胎，軌道梁為水泥梁，對(duì)地完全絕緣，因此，單軌車系統(tǒng)增設(shè)車體接地板與64D漏電保護(hù)裝置以應(yīng)對(duì)車體漏電。針對(duì)單軌車輛與地鐵車供電及保護(hù)的差異，在調(diào)試一種車型時(shí)必須保證另一種車型的供電回路斷開(kāi)。

4 保護(hù)設(shè)置與聯(lián)鎖聯(lián)跳關(guān)系

由于調(diào)試線相比于運(yùn)營(yíng)線其線路較短，所以保護(hù)設(shè)置相比運(yùn)營(yíng)線保護(hù)有所簡(jiǎn)化。直流側(cè)保護(hù)設(shè)置如下：

（1）直流斷路器——大電流脫扣和過(guò)電流保護(hù)；

（2）地鐵車輛調(diào)試線——由于線路和使用的特點(diǎn)，地鐵車不設(shè)雜散電流防護(hù)系統(tǒng)，調(diào)試線設(shè)置鋼軌電位限制裝置或鋼軌直接接地；

（3）單軌車輛調(diào)試線——設(shè)置64D漏電接地保護(hù)裝置。

本系統(tǒng)的聯(lián)鎖聯(lián)跳關(guān)系除了應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)線上牽引變電所的上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)與直流斷路器、直流斷路器與10 kV斷路器、正極與負(fù)極隔離開(kāi)關(guān)等基本聯(lián)鎖聯(lián)跳關(guān)系外，還需增設(shè)單軌供電線路與地鐵供電線路之間的聯(lián)鎖。

5 設(shè)備選型注意事項(xiàng)

（1）整流變壓器選擇：由于列車在運(yùn)營(yíng)線上的允許電壓范圍是在1 000~1 800 V之間，調(diào)試時(shí)為了測(cè)試列車在此電壓范圍內(nèi)的性能，所以要求直流電源輸出電壓應(yīng)該是可調(diào)的。考慮到目前整流變壓器的生產(chǎn)工藝，變壓器線圈抽頭不宜太多，因此整流變壓器二次輸出電壓選擇五檔調(diào)節(jié)，滿足整流機(jī)組直流側(cè)輸出電壓為1 000 V、1 250 V、1 500 V、1 650 V、1 800 V五檔。電壓調(diào)節(jié)采用停電后人工就地調(diào)換變壓器抽頭的方式?？紤]到10 kV進(jìn)線電壓可能會(huì)有較大的波動(dòng)，當(dāng)進(jìn)線電壓高于或低于10 kV時(shí)，在直流1 800 V與1 000 V檔供電時(shí)，輸出電壓會(huì)高于1 800 V或低于1 000 V，對(duì)車輛有所影響，因此可將直流電壓1 800 V檔的整流變壓器二次電壓適當(dāng)調(diào)低，將1 000 V檔適當(dāng)升高。

（2）直流斷路器選擇：由于靜調(diào)線的容量較小，直流斷路器也需選擇小容量的斷路器。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)線上采用的斷路器容量都相對(duì)較大，小容量斷路器在選型上的選擇性較小，訂貨周期也相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)工程實(shí)施有一定的影響。

（3）隔離開(kāi)關(guān)選擇：一般由于工程期限的要求，靜調(diào)線、64D等使用的小容量隔離開(kāi)關(guān)皆采用大容量的產(chǎn)品替代。

6 改造注意事項(xiàng)

針對(duì)車輛廠需要在原有地鐵車輛調(diào)試供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加單軌車輛供電系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)時(shí)需熟悉原有供電系統(tǒng)，并注意以下幾方面問(wèn)題：

（1）根據(jù)工廠需要生產(chǎn)的單軌車輛基本信息核算原直流系統(tǒng)供電容量，如容量不能滿足要求，必須考慮擴(kuò)容或新建。

（2）核實(shí)變電所設(shè)備安裝條件，因新增單軌系統(tǒng)需增加直流柜、負(fù)極柜與64D柜等柜體，確認(rèn)變電所有無(wú)安裝位置。新增直流柜與原直流柜有無(wú)并柜安裝條件，無(wú)條件安裝時(shí)需考慮母線橋或電纜等連接方式。

（3）新增單軌供電系統(tǒng)能否完全隔離，使之不影響原有地鐵系統(tǒng)的調(diào)試；原有地鐵供電系統(tǒng)有無(wú)條件完全切除，不能影響單軌調(diào)試；如無(wú)條件，需增設(shè)開(kāi)關(guān)。

（4）變電所二次控制方式應(yīng)整體考慮，新增單軌系統(tǒng)能接入原有系統(tǒng)，或?qū)υ邢到y(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。聯(lián)鎖聯(lián)跳關(guān)系需統(tǒng)一考慮，并核實(shí)原有設(shè)備有無(wú)預(yù)留條件，否則需要改造擴(kuò)充。

總之，在車輛廠調(diào)試線供電設(shè)計(jì)上，應(yīng)與工藝、土建、車輛等專業(yè)設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，處理好接口關(guān)系，根據(jù)車輛調(diào)試的要求，合理考慮靜、動(dòng)調(diào)試線變電所的設(shè)置。搭建單軌車輛與地鐵車輛的直流電源系統(tǒng)，既要滿足車輛調(diào)試功能需求，同時(shí)又要達(dá)到安全、可靠、方便、適用及節(jié)省投資等目的。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013．

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50458—2008［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［3］ 中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督和檢驗(yàn)檢役總局.城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)：GB/T 10411—2005［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

［4］ 許書(shū)銘，錢(qián)志遙，陳俊宏.臺(tái)北大眾捷運(yùn)系統(tǒng)萬(wàn)大線車輛段的功能與創(chuàng)意［J］.都市快軌交通，2015，28（3）：54-59..

Design Features of the Shared Debugging Power Substation for Monorail and Subway Vehicle Testing Line

LI Jianhua，SHU Yimin

The debugging line of urban rail transit vehicle factory also requires DC power supply substation，which has its own characteristics compared with urban rail transit lines，including the simpler debugging power substation and flexible use.In this paper，the design and reform features of DC power supply substation in the factory specialized in the production of subway vehicle and straddle-type monorail vehicle are described.

rail transit vehicle factory；subway vehicle；straddle-type monorail vehicle；debugging power substation

U224：U270.8

10.16037/j.1007-869x.2017.11.021

Author′s address Chongqing Rail Transit Design and Research Institute，401122，Chongqing，China

2016-03-15）