地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)方法及技術(shù)性分析

吳文俊

摘 要：我國(guó)的城市規(guī)模在近年來不斷擴(kuò)大，城市人口越來越多，地鐵作為一種通行效率極高的公共交通，近年來在大中型城市越來越受到重視。但是在地鐵的運(yùn)行中，其接觸網(wǎng)一般在露天環(huán)境中使用，因此受到外界的影響較大。因此，在地鐵投入運(yùn)行之前，有必對(duì)地鐵供電系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，以確保其有效性。確保供電系統(tǒng)在發(fā)生故障后能立即解決問題，并將事故的程度控制在合理范圍內(nèi)，從而有效減少對(duì)軌道交通的影響，并充分保證設(shè)備和乘客的安全。接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)是可以有效測(cè)試供電系統(tǒng)可靠性的預(yù)調(diào)試測(cè)試方法之一。下面主要分析實(shí)驗(yàn)方法，希望為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵電氣化;接觸網(wǎng)短路試驗(yàn);可靠性;實(shí)驗(yàn)方法;技術(shù)性分析

中圖分類號(hào)：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

由于工作條件的特殊性，地鐵電氣化接觸網(wǎng)斷路器跳閘的可能性相對(duì)較高，如果斷電將嚴(yán)重影響正常的地鐵運(yùn)輸。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)跳閘事故的主要原因是接地短路。因此，通過進(jìn)行接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)以模擬接地電路的短路，可以準(zhǔn)確地確定諸如接觸網(wǎng)阻抗值之類的基本參數(shù)并驗(yàn)證故障的參數(shù)，對(duì)固定值設(shè)置提供更精確的保護(hù)，從而為接觸網(wǎng)故障的準(zhǔn)確分析提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)的含義和內(nèi)容

地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)用于測(cè)試接觸網(wǎng)短路電流、牽引變電站短路電壓、AT接觸網(wǎng)短路電壓和分區(qū)所等。此外，還需要進(jìn)行電磁兼容和廣泛的接地測(cè)試。

（1）測(cè)試接觸網(wǎng)故障裝置對(duì)故障位置檢驗(yàn)的轉(zhuǎn)曲線，并通過獲得的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)設(shè)置和線路的單位電抗等，以使故障標(biāo)記裝置的誤差控制在合理的范圍之內(nèi)。 （2）針對(duì)機(jī)電保護(hù)的各種性能進(jìn)行選擇性測(cè)試，比如后加速、啟動(dòng)、動(dòng)作以及延時(shí)等，以保證其功能可以執(zhí)行，并根據(jù)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（3）檢查AT和變電站的數(shù)據(jù)上傳功能和自動(dòng)同步記錄功能，以有效滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的采樣時(shí)序要求。

（4）進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須檢查短路時(shí)鋼軌電位、信號(hào)電纜產(chǎn)生的感應(yīng)噪聲以及每個(gè)軌條中短路電流的分布，以確定故障的抗干擾實(shí)驗(yàn)。

2 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)方法以及影響

2.1 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)方法

新建地鐵的供電方式通常是AT供電方式，根據(jù)相關(guān)規(guī)定接觸網(wǎng)線路短路仿真的測(cè)試項(xiàng)目主要包括：完全并聯(lián)模式下的接觸網(wǎng)與鋼軌之間的短路實(shí)驗(yàn)以及正饋線對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn);非并聯(lián)模式下的接觸網(wǎng)與鋼軌之間的短路實(shí)驗(yàn)以及正饋線對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn);直接供電模式下接觸網(wǎng)與鋼軌之間的短路實(shí)驗(yàn)以及正饋線對(duì)接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)。

2.2 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)的理論分析

對(duì)于接觸網(wǎng)線短路實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，在第一個(gè)AT部分的末尾和第二個(gè)AT部分的中間位置設(shè)置AT供電方式。以AT的第一部分末尾的短路實(shí)驗(yàn)為例。在地鐵電氣化接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)中，短路電流路徑如下：①變電站的主變壓器—②接觸網(wǎng)—③鋼軌—④吸上線—⑤保護(hù)線—⑥集中式變電站接地箱。如果接地，則短路電流的主要路徑為：①變電站的主變壓器—②接觸網(wǎng)—③大地—④變電所地網(wǎng)—⑤集中式變電站接地箱。

2.3 效果比較與分析

通過將接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌與對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，可以看出，對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于短路電流回路順暢。地鐵電氣化接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，牽引變電站和AT接觸網(wǎng)線處于短路狀態(tài)的短路電流和電壓參數(shù)，計(jì)算AT吸入電流比，并在計(jì)算短路點(diǎn)供電臂阻抗時(shí)接近理論值?？梢詼?zhǔn)確的分析并測(cè)試?yán)^電保護(hù)選擇性、靈敏度和可靠性。對(duì)地短路實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性相對(duì)較低。

2.4 地鐵電氣化接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)的潛在影響

在地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)中，在AT供電方式下，短路電流非常大，短路電流值達(dá)到3 000 A～6 000 A。如果出現(xiàn)接觸不良的問題，則短路電流會(huì)燒毀鋼軌。盡管可以通過添加墊片并在適當(dāng)?shù)奈恢檬┘訉?dǎo)電膏將短路線與鋼軌緊密地結(jié)合在一起，但在連接點(diǎn)處仍會(huì)出現(xiàn)不同程度的灼傷。相關(guān)規(guī)定表明，鋼軌表面缺陷軌頭踏面不得超過0.35 mm，其他位置不得超過0.50 mm。對(duì)于缺陷部位在同一天進(jìn)行焊接修復(fù)，并在焊接過程中保持鋼軌鎖定軌溫不變，工作溫度應(yīng)比鎖定實(shí)際溫度低0℃～20℃，焊接短軌時(shí)，短軌的長(zhǎng)度必須至少為20 m。由此可見，地鐵電氣化接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，鋼軌極易出現(xiàn)灼燒風(fēng)險(xiǎn)，換句話說，只要連接部分的鋼軌灼燒超過0.50 mm，就必須焊接短軌，且短軌的長(zhǎng)度不得小于20 m，直接花費(fèi)約15萬元。這不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)影響運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

2.5 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化分析

鑒于地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)，需要找到解決方案，使短路實(shí)驗(yàn)期間短路不直接連接到軌道，但可以提供相似的測(cè)試結(jié)果。在地鐵電氣化接觸網(wǎng)對(duì)鋼軌短路實(shí)驗(yàn)中，短路電流路徑如下：①變電站的主變壓器—②接觸網(wǎng)—③鋼軌—④吸上線—⑤保護(hù)線—⑥集中式變電站接地箱。如果省略了③鋼軌，則還可以執(zhí)行短路實(shí)驗(yàn)。然后短路電流的路徑變?yōu)椋孩僮冸娬镜闹髯儔浩鳌诮佑|網(wǎng)—③吸上線—④保護(hù)線—⑤集中式變電站接地箱。在該方案中短路電流的回路也非常順暢。

在對(duì)短路電流的路徑進(jìn)行有效分析之后，發(fā)現(xiàn)無需連接鋼軌和短接線，更改短路實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，使其靠近供電臂中的吸上線，然后直接連接吸上線和接觸網(wǎng)以完成短路實(shí)驗(yàn)，即可避免接鋼軌試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)期間使用此方法，則當(dāng)前短路電流的路徑變?yōu)椋孩僮冸娬镜闹髯儔浩鳌诮佑|網(wǎng)—③吸上線—④保護(hù)線—⑤集中式變電站接地箱。短路電流回路也非常順暢，實(shí)驗(yàn)效果與接鋼軌連接方法相同，有效地提供實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，也可以大大降低短路實(shí)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)鋼軌造成的影響。

3 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)條件分析

（1）編制接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)計(jì)劃并獲得監(jiān)管部門，建設(shè)部門和其他相關(guān)部門的批準(zhǔn)。

（2）建立短路實(shí)驗(yàn)組織并明確職責(zé)。確保負(fù)責(zé)人，短路點(diǎn)操作人員和相關(guān)人員之間的通訊不間斷。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的清場(chǎng)工作，所有非測(cè)試人員均撤離。如果屏蔽門連接到鋼軌，請(qǐng)確保短路實(shí)驗(yàn)不會(huì)影響屏蔽門設(shè)備。

（3）確認(rèn)試驗(yàn)區(qū)域的接觸網(wǎng)斷電，在試驗(yàn)期間不得連通，在測(cè)試期間，試驗(yàn)區(qū)域20 m范圍內(nèi)任何人都不得進(jìn)入。 （4）在實(shí)驗(yàn)之前，測(cè)試站的工程師和技術(shù)人員打開牽引變電站高壓輸入線門，并準(zhǔn)備快速手動(dòng)打開牽引變電站高壓輸入線路斷路器。如果在短路實(shí)驗(yàn)期間斷路器未正常跳閘，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人將手動(dòng)切除牽引變電站的高壓輸入，以防止發(fā)生短路，從而嚴(yán)重?fù)p壞線路和設(shè)備。

（5）該項(xiàng)目應(yīng)提供適當(dāng)?shù)膱?bào)告/結(jié)果，確認(rèn)系統(tǒng)中短路電流的期望值和設(shè)備的設(shè)計(jì)功率/標(biāo)稱值，并生成文檔以方便示波器的工作范圍設(shè)置。

（6）系統(tǒng)已打開并正常運(yùn)行，已安裝相應(yīng)信號(hào)系統(tǒng)的跟蹤設(shè)備。必須確保不違反有關(guān)隔離軌道和正常返回牽引路徑的設(shè)計(jì)要求，并且確保牽引返回回路中的額定短路電流不會(huì)影響信號(hào)設(shè)備。

（7）確認(rèn)實(shí)驗(yàn)區(qū)域完成清場(chǎng)工作，確認(rèn)適當(dāng)備件的可用性，確認(rèn)已遵循適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)程序和關(guān)閉實(shí)驗(yàn)區(qū)域的措施。提前告知其他單位試驗(yàn)周期和時(shí)間，并要求在相關(guān)平臺(tái)上停止所有操作。

4 地鐵電氣化接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)組織專家進(jìn)行監(jiān)督并準(zhǔn)備備件。如果出現(xiàn)異常情況，必須及時(shí)更換。然后分析并總結(jié)損壞的原因，以有效防止實(shí)際使用中設(shè)備的損壞。

（2）短路實(shí)驗(yàn)卡作為實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，充分體現(xiàn)了具體要求和相關(guān)要求的重點(diǎn)。只有做好短路卡的實(shí)施，才能從根本上保證短路實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

（3）為了有效地保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)驗(yàn)中必須做好各項(xiàng)工作的配合。

（4）嚴(yán)格控制人數(shù)，完成設(shè)備綜合檢查和人員清場(chǎng)工作。實(shí)驗(yàn)之后，必須仔細(xì)檢查測(cè)試區(qū)域中的變電站設(shè)備和接觸網(wǎng)設(shè)備，以確保它們工作正常。此外，諸如公共工程，電力服務(wù)和通訊設(shè)備之類的物品也必須在實(shí)驗(yàn)完成后檢查設(shè)備的狀況，以有效地確保其工作狀況良好。

5 結(jié)束語

接觸網(wǎng)短路實(shí)驗(yàn)作為電氣化地鐵聯(lián)合調(diào)試的項(xiàng)目，可以有效確保地鐵的安全高效運(yùn)行，提高城市通行效率，為城市發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。

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