城市軌道交通牽引網短路試驗研究

張佳

摘要：牽引網短路試驗是城市軌道交通供電系統(tǒng)投入運營前的一項重要試驗。由于該試驗可能會對直流開關等設備造成損傷以及造成操作員人身傷害，所以很多城市軌道交通線路在建設階段取消了該試驗。但牽引網短路試驗的結果對城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的建設、運營均有重要的參考價值。

關鍵詞：城市軌道交通；牽引供電系統(tǒng)；短路試驗

Abstract：DC traction network short-circuit test is an important test before the urban rail transit power supply system is put into operation. Since the test may cause damage to equipment such as DC switches and even cause personal injury to operators，many urban rail transit lines canceled this test during construction. However，the results of the traction electric network short-circuit test have important reference value for the construction and operation of the urban rail transit traction power supply system.

Key words：DC traction network short-circuit test；power supply system；urban rail

1測試目的

城市軌道交通的牽引網短路試驗主要是為了檢驗牽引供電系統(tǒng)相關設備是否能承受短路故障；檢驗牽引供電系統(tǒng)保護裝置的選擇性、靈敏性、可靠性以及速動性；檢驗短路故障是否會對其他系統(tǒng)設備造成影響。

2測試前提條件

（1）建設及運營接管單位共同成立統(tǒng)一的測試小組，形成統(tǒng)一的指揮體系。

（2）已收到經建設及運營單位共同審批通過的測試方案。

（3）測試范圍內的信號軌旁設備均已安裝完成，所有軌道絕緣及回流設備已按設計圖紙施工、測試完畢。

（4）針對已運營線路的新建延伸線測試時，應選擇至少隔開一個供電區(qū)段以外的范圍進行，如不具備則應待運營線路的全部運營工作結束后進行，并嚴格按照運營單位批復的時間來進行。運營單位工務、信號等相關專業(yè)應按照方案準備好應急措施、備品備件、搶修材料等應齊全，避免出現次生故障影響第二天運營工作。

（5）主變電所、牽引降壓混合式變電所、降壓變電所、跟隨式降壓變電所均已受電且運行正常。

（6）接觸網/接觸軌已受電完成，冷、熱滑試驗完成且運行正常。

（7）已收到完整的各類電氣試驗報告、繼電保護測試報告等。

（8）提供直流短路計算報告。

（9）完成回路阻抗測試并有測試記錄。

（10）試驗區(qū)段的封鎖程序與措施已經落實。提前通知其他單位試驗時間，并要求相關區(qū)間和車站站臺停止一切施工作業(yè)。

（11）保證牽引降壓混合變電所、短路點、控制中心之間的通信聯絡暢通。

3 技術方案

3.1 短路點選擇方案

（1）單邊近端牽引網對軌短路試驗可以在車站A至車站B的區(qū)間內開展，試驗開關為車站A的牽引變電所213直流斷路器，短路點選擇在車站A附近，如圖3-1所示。

（2）單邊遠端牽引網對軌短路試驗可以在車站A至車站B的區(qū)間內開展，試驗開關為車站B的牽引變電所211直流斷路器（避免同一開關多次承受短路電流），短路點選擇在車站A附近。

（3）單邊越區(qū)遠端牽引網對軌短路試驗可以在車站A至車站B下行區(qū)間開展，試驗開關為車站C的牽引變電所212直流斷路器（避免同一開關多次承受短路電流），短路點選擇在車站A附近。

3.2短路試驗接線方案

國內城市軌道交通的牽引網短路試驗普遍采用的方法是：將牽引網與軌道短接后采用直接合閘的方法，短路電流使斷路器保護裝置動作，直流開關斷路器跳閘切斷向故障線路的供電。短路試驗設備主要由直流開關斷路器（設備本體斷路器）試驗控制裝置、數據采集裝置、牽引所控制保護系統(tǒng)等構成。

3.3 短路試驗組織方案

（1）建設單位：負責本次接觸網短路試驗的總體組織、協調與指揮。

（2）運營單位：見證本次接觸網短路試驗過程，參與評估牽引供電系統(tǒng)相關設備承受短路故障的能力以及牽引供電系統(tǒng)保護裝置的選擇性、靈敏性、可靠性以及速動性。

（3）施工單位：負責編制接觸網短路試驗方案并交底。負責接觸網絡短路試驗的組織及把控。負責接觸網短路試驗數據記錄與錄波。負責評估牽引供電系統(tǒng)相關設備承受短路故障的能力以及牽引供電系統(tǒng)保護裝置的選擇性、靈敏性、可靠性以及速動性，出具評估報告。負責接觸網短路試驗的安全隔離及防護工作。負責接觸網短路試驗短路點的接線工作（包括：掛、拆地線及接觸網與鋼軌的連接）。負責接觸網短路試驗的應急處置工作。

（4）設備廠商：負責自動重合閘、線路檢測功能的退出與恢復以及繼電保護整定值的確認與調整。負責合閘按鈕引出接線，故障錄波數據的采集以及試驗過程中設備臨時故障處理。

（5）設計單位：提供DC1500kV繼電保護整定原則等技術文件。

（6）監(jiān)理單位：監(jiān)督接觸網短路試驗的安全防護工作。

3.4短路試驗關鍵步驟

（1）變電組在接到總指揮下達的短路試驗準備開始的命令后，將牽引所整流變壓器退出運行并確認狀態(tài)；然后協調相關廠家進行試驗控制裝置、數據采集裝置、牽引所控制保護系統(tǒng)之間的試驗接線，特別是要確認數據采集裝置和試驗接線連接正確無誤；確認牽引所各類繼電保護裝置均按設計整定值整定并在投入位置。

（2）牽引網組在接到總指揮下達的線路已停電、開始工作的命令后，首先驗電并確認線路無電，在線路電源側懸掛臨時接地線；將牽引網可靠接地，確認無誤后，撤除懸掛的臨時接地線，并向總指揮匯報，在遠離牽引網短路試驗點的安全位置待命。

（3）防護組接到總指揮下達的防護命令后，立即檢查短路試驗現場（牽引所與供電臂區(qū)間），將與短路試驗無關的人員撤出試驗現場并封鎖試驗現場。

（4）短路試驗總指揮再次確認線路組人員全部撤到安全位置后，發(fā)出牽引網短路試驗開始的命令，變電組按人員分工將試驗控制裝置、數據采集裝置工作電源投入，觀察裝置工作無異常后，將牽引所整流變壓器投入運行，觀察電壓正常后，啟動試驗控制裝置合閘試驗按鈕，起動快速開關合閘將牽引網短路接地（鋼軌）和牽引所上級斷路器跳閘回路及數據采集記錄裝置。

（5）如果牽引所直流快速開關柜保護裝置發(fā)生故障或繼電保護動作整定值與實際短路電流值有偏差（大于實際值），開關柜保護裝置將拒動或不起動，此時，試驗控制回路的跳閘延時繼電器延時后節(jié)點閉合，接通上級斷路器跳閘回路，將斷路器分閘，切除故障線路。數據采集裝置將接觸軌短路試驗過程中接觸軌線路電壓、電流等參數的變化記錄并儲存。

4短路試驗案例分析

以某城市軌道交通線路的單邊遠端牽引網對軌短路試驗為例，該線路的直流饋線保護主要有電流速斷保護、電流變化率保護、電流增量保護等，具體參數如表4-1所示。

（1）本次單邊遠端牽引網對軌短路試驗測得電流峰值約為12801A，大于Imax保護的整定值：9000A；也大于△I保護的整定值：5000A、1ms。

（2）本次單邊遠端牽引網對軌短路試驗測得短路電流增長率峰值約為603A/ms，大于di/dt 保護的整定值：40A/ms、30ms；也大于△I di/dt保護的整定值：60A/ms、1ms。

（3）由于△I的保護定值相比Imax的保護定值小，△I的整定時間相比di/dt的整定時間短，故△I保護先動作。

綜上所述，本次短路試驗直流開關動作正常，保護動作邏輯正確。

5 安全注意事項

因牽引網短路時的短路電流很大，根據以往測定的數值顯示達到上萬A，這將可能造成直流斷路器的觸頭損傷，極端情況下保護設備拒動，會造成設備損壞危機人員安全，因此試驗前各項安全檢查及相關準備工作必須做到萬無一失。

（1）按設計院提供的保護定值，調整、校驗試驗所用開關保護裝置的定值。

（2）為了防止將接觸網/接觸軌燒毀或破壞，在指定的短路點用接地線把接觸網/接觸軌和鋼軌短接，短接時應接一段輔助導線，該導線與接觸線/接觸軌連接應十分可靠，連接鋼軌端時應對鋼軌進行除銹處理，且連接牢固，避免連接處產生較大的接觸電阻。

（3）為防止短路時保護設備拒動，造成設備損壞危機現場測試人員安全，參加測試的人員必須遠離測試開關，試驗前由設備供應商采用臨時延長線方式，提前將參加試驗設備的手動分、合閘操作按鈕移至變電站中央信號屏處，并提前測試臨時設置的操作按鈕分、合閘操作可靠、有效。

（4）試驗期間應安排操作人員站在變電站中央信號屏處，聽從試驗總指揮的命令，如發(fā)現短路時保護設備拒動，及時手動分閘以保護設備。

（5）試驗期間應嚴格執(zhí)行停送電施工規(guī)定和工作票制度。

（6）變電所內應嚴格控制人員，除試驗人員及操作人員外，其余人員應遠離試驗區(qū)。

（7）試驗所涉及的區(qū)間、隧道，均應按帶電設備處理，且試驗所涉及的區(qū)間、隧道內嚴禁有其他作業(yè)人員及其他動車施工進入此區(qū)域，試驗開始前應做好清場及確認工作。

（8）短路試驗應設立建立調度指揮機制，整個試驗期間應嚴格執(zhí)行統(tǒng)一調度指揮，所有人員均應嚴格按照指令進行工作。

（9）現場短路點30米內核心區(qū)域應做好防護措施?，F場接地配合及監(jiān)測人員總負責人應確認全部人員佩戴相關安全用具，完成現場接地及設立防護措施后全部遠離短路點30米以外，方可向短路試驗總指揮報告，并監(jiān)視短路點情況。試驗總指揮得到接地配合組及現場監(jiān)測總負責人明確的可以送電的通知后，方發(fā)布可送電進行短路試驗命令。

（10）短路點設置時嚴格執(zhí)行接地線的使用規(guī)定：連接時，先接鋼軌側，后與接觸網/接觸軌側連接；拆除時，先拆除接觸網/接觸軌側，后拆除鋼軌側。

（11）試驗完成后再得到試驗總指揮試驗結束命令后，應組織設備廠家及相關單位對變電站相關設備及接觸網/接觸軌的狀況按照檢修規(guī)程要求進行檢查，確認變電站設備及接觸網完好后方可進行接地線的拆除。拆除接地線時，先拆除接觸網/接觸軌部分，先撤離接地棒，后撤下接鋼軌線夾。

（12）嚴格按短路試驗操作程序和指令執(zhí)行。確認全體人員及相關工器具、接地線等全部撤離現場后方可通知送電。

（13）短路試驗后要應按照相關檢修規(guī)程標準，打開直流斷路器，檢查滅弧罩、主觸頭、防電火花板等元器件是否受損，若影低于標準值應及時更換。

6 結束語

牽引網短路試驗是對直流開關及其保護裝置的性能以及牽引變電所內設備的安裝和接線是否正確可靠的最直接的檢測手段，在城市軌道交通供電系統(tǒng)投入運營前的聯調聯試工作中應開展這一項重要的試驗。本文結合城市軌道交通建設工程特點，通過對測試過程進行了詳細的分析研究，總結、歸納歷年來測試工作中的經驗和重要的安全注意事項，不但順利完成了多條新建線路的測試，也為后續(xù)的聯調聯試工作順利開展打下了堅實的基礎。

參考文獻

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[2] 上海申通地鐵集團有限公司.上海軌道交通建設機電系統(tǒng)聯調聯試管理規(guī)定[R].上海：上海申通地鐵集團有限公司，2014.

[3] 上海申通軌道交通研究咨詢有限公司.上海軌道交通9號線三期東延伸綜合聯調評估報告[R].上海：上海申通軌道交通研究咨詢有限公司，2017

（作者單位：上海地鐵維護保障有限公司）