大單邊供電在地鐵故障處置及運營組織中的應用

李宇輝

（南京鐵道職業(yè)技術學院 運輸管理學院，江蘇 南京 210031)

隨著我國地鐵建設規(guī)模與運營里程不斷增加，地鐵的安全運行引起社會的廣泛關注。在眾多地鐵安全事故中，地鐵供電系統(tǒng)故障處置與恢復受到研究人員和地鐵運營管理人員越來越多的重視，然而目前研究中鮮有針對大單邊供電在地鐵故障處置過程中的應用研究。雖然地鐵變電所故障導致供電分區(qū)停電的事件在地鐵運營工作中并不常見，但一旦發(fā)生將對線路運營造成較大的影響，采用大雙邊或大單邊越區(qū)供電以恢復運營是國內(nèi)外地鐵應對這種故障的通用做法[1]。以南京地鐵供電分區(qū)停電事件的處理過程為例，說明大單邊供電在地鐵故障處置及運營組織中的重要作用，總結人員配合、行車組織和運營調(diào)整等方面的實踐經(jīng)驗，為地鐵供電類故障的應急處置工作提供有益的借鑒。

1 大單邊供電的特點分析

地鐵供電系統(tǒng)能夠影響到運營服務的主要故障包括大面積停電、牽引變電所停電、供電分區(qū)停電等，大單邊供電是應對牽引變電所停電和供電分區(qū)停電的一種特殊供電方式。

大單邊供電是指正常情況下采用單邊供電方式的地鐵線路末端供電分區(qū)，在向其供電的牽引變電所故障解列時失電，供電調(diào)度員(以下簡稱“電調(diào)”)利用相鄰的牽引變電所的過負荷能力向其跨區(qū)供電以維持線路運行的一種特殊供電方式，大單邊供電示意圖如圖1所示，線路末端故障牽引變電所右側線路的供電方式由單邊供電改為大單邊供電。由于位置特殊，大單邊供電在牽引變電所故障應急處置中很少采用，而經(jīng)常被采用的是大雙邊供電。大雙邊供電是指電調(diào)利用故障牽引變電所兩側的兩個牽引變電所共同負擔受影響供電分區(qū)負荷的供電方式。

圖1 大單邊供電示意圖Fig.1 Large one-way feeding

大雙邊供電和大單邊供電對比如表1所示，可以看出，大雙邊供電和大單邊供電從性質(zhì)、啟動時機等方面基本相同，但從發(fā)生概率、可靠性和運營調(diào)整難度方面有明顯的區(qū)別。在實際工作中，正是由于大單邊供電發(fā)生的概率低、運營調(diào)整難度大，且可靠性低，因而更需要調(diào)度員熟練掌握其使用方法，以保證應急處置和運營調(diào)整的安全執(zhí)行。

表1 大雙邊供電和大單邊供電對比Tab.1 Comparison between large two-way feeding and large one-way feeding

2 大單邊供電在運營組織中的應用

2.1 大單邊供電時的電調(diào)和行調(diào)操作要求

由于大單邊供電相對于大雙邊供電發(fā)生的概率低，且在應急處置和運營調(diào)整中需要相關的電調(diào)和行車調(diào)度員(以下簡稱“行調(diào)”)充分配合、協(xié)調(diào)指揮，因而要求調(diào)度員嚴格執(zhí)行相關的安全操作和行車組織規(guī)定。

（1）使用縱向隔離開關的安全操作規(guī)定。當牽引變電所故障解列時，利用電分段處的縱向電動隔離開關構成大單邊供電，使整座牽引變電所退出運行，接觸網(wǎng)運行不受故障牽引變電所的影響，利用縱向電動隔離開關構成大單邊供電示意圖如圖2所示，圖中2臺縱向電動隔離開關1ZDG、2ZDG處于合閘狀態(tài)。

圖2 利用縱向電動隔離開關構成大單邊供電示意圖Fig.2 Large one-way feeding using longitudinal electric disconnector

由于縱向電動隔離開關操作不當可能帶來嚴重的安全事故，因而電調(diào)必須嚴格檢查確認滿足以下3個聯(lián)鎖條件后方可操作：①確認縱向電動隔離開關兩側的接觸網(wǎng)沒有電壓；②檢查故障牽引變電所向上(下)行接觸網(wǎng)饋電的2路饋出開關與左右兩側相鄰牽引變電所向同一饋電區(qū)供電的2路饋出開關皆處于分閘狀態(tài)；③確認故障牽引變電所向上(下)行接觸網(wǎng)饋電的2路饋出開關處于分閘狀態(tài)后，行調(diào)確定該區(qū)間無車輛運行[2]。這3項檢查是為了保證縱向電動隔離開關兩側的饋電區(qū)均處于無電壓狀態(tài)，且失電區(qū)域列車全部降弓，防止帶電操作縱向電動隔離開關給牽引供電設備和列車帶來損害。

（2）行車組織中嚴格執(zhí)行“三檢查一限速”的規(guī)定?！叭龣z查一限速”是控制中心針對供電分區(qū)停電類故障應急處置中采取的設備檢查和行車調(diào)整措施，目的是在采取相應措施恢復供電前后，保證供電設備的運行安全和失電區(qū)域列車的行車安全。其中，“三檢查”是指：①檢查設備、設施狀態(tài)，失電區(qū)段運行的列車司機和專業(yè)人員檢查接觸網(wǎng)、線路及隧道結構狀態(tài)；②檢查弓網(wǎng)配合情況，沿途各站檢查通過事發(fā)地點的列車弓網(wǎng)配合情況，確認有無異常打火等現(xiàn)象；③檢查車輛狀態(tài)，失電區(qū)域列車司機檢查列車狀態(tài)是否正常，如網(wǎng)壓、司機顯示單元(DDU)上故障報警信息等，同時相關車站人員還要檢查列車走行部是否產(chǎn)生異響等?！耙幌匏佟笔侵甘щ妳^(qū)段列車在后續(xù)區(qū)段限速25 km/h運行，后續(xù)列車通過失電區(qū)段時限速25 km/h運行[3]。

當發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘事件時，對于通過事發(fā)區(qū)段的列車應執(zhí)行“三檢查一限速”，若后續(xù)1至3站均報列車弓網(wǎng)配合無異常，則可逐步提高限速值，直至恢復正常速度[4]。通過“三檢查一限速”的措施，能夠幫助電調(diào)快速尋找故障點，有效防止停電區(qū)域恢復供電后，由于后續(xù)措施沒有跟進而疏忽其他故障點的出現(xiàn)，并造成故障區(qū)域再次停電事件發(fā)生。

2.2 不同故障點的處置方法

當?shù)罔F線路供電分區(qū)停電事件發(fā)生時，電調(diào)需要第一時間采用排除法判斷出導致停電的故障點位置，確定其分布在停電分區(qū)兩側的牽引變電所內(nèi)，還是在牽引變電所間的接觸網(wǎng)上[5]，從而判斷出停電的原因是變電所故障還是接觸網(wǎng)故障。

若為變電所故障導致供電分區(qū)停電，則在安排人員進行設備搶修的同時，電調(diào)還要在行調(diào)的配合下，運用大單邊或大雙邊越區(qū)供電方式，合上牽引變電所2個饋電線間的越區(qū)開關，即可在5 ~ 6 min內(nèi)恢復停電分區(qū)的供電，加上行調(diào)安排列車進站停車、升降弓和運營調(diào)整的時間，一般來說30 min內(nèi)能夠處置完成，因而無需對迫停在區(qū)間的列車進行清客[6]。

若電調(diào)判斷故障點在2個牽引變電所間的接觸網(wǎng)上，則電調(diào)必須立即派出檢修人員沿線路查找，找到故障點后還要根據(jù)故障情況判斷是否需要向行調(diào)申請出動檢修車配合檢修[7]。即使無需出動檢修車，使用車梯等簡易設備即能夠完成故障搶修，但由于檢修人員必須下到軌行區(qū)，所以行調(diào)必須對故障區(qū)間進行封鎖，以保證搶修人員和設備的安全。這將導致?lián)屝迺r間較長，因而，一旦電調(diào)確認故障點在接觸網(wǎng)上，行調(diào)將立即對迫停在區(qū)間的列車下達清客命令[8]，以避免乘客受困區(qū)間時間過長引發(fā)的各種問題。在實際工作中，變電所故障導致供電分區(qū)停電發(fā)生的概率約為接觸網(wǎng)故障的2倍，即多數(shù)的供電分區(qū)停電故障能夠得到快速處理。接觸網(wǎng)停電應急處置流程如圖3所示。

圖3 地鐵線路供電分區(qū)停電處置流程Fig.3 Handling process of power failure in power supply zones of metro lines

若發(fā)生需要相關人員進入軌行區(qū)尋找故障點或搶修供電設備時，行調(diào)只需封鎖故障區(qū)間后交給電調(diào)或設備維修調(diào)度員，不同工作職能的調(diào)度員間不需要太多的配合。但對于需要越區(qū)送電的牽引變電所故障處置來說，行調(diào)和電調(diào)間的密切配合、統(tǒng)一行動非常重要，稍有失誤即可能造成嚴重后果，這主要表現(xiàn)在2個方面：①電調(diào)在查找故障點前需與行調(diào)確認列車降弓。接觸網(wǎng)停電事件發(fā)生后，電調(diào)的首要任務是查找故障點，進而安排接觸網(wǎng)檢修人員搶修接觸網(wǎng)，或高壓供電檢修人員搶修牽引變電所。由于查找故障點的過程中需要進行開合部分斷路器的倒閘作業(yè)，因而電調(diào)必須與行調(diào)確認故障區(qū)所有列車已停車降弓；②電調(diào)在越區(qū)送電前需與行調(diào)確認列車調(diào)整到位。電調(diào)在大單邊供電送電前，由于停電供電分區(qū)需要短暫停電，因而電調(diào)切不可盲目更改供電方式，而是必須等行調(diào)確認相關列車折返完成或進站停車降弓后，才能按照倒閘作業(yè)程序進行越區(qū)送電。

綜上所述，由于在越區(qū)供電中需要電調(diào)和行調(diào)的密切配合，因而在類似應急處置過程中調(diào)度長會指定一名行調(diào)和一名電調(diào)全權負責，其他人只配合處置，這樣就避免了多頭指揮帶來的安全隱患。

3 供電分區(qū)停電事件應急處置實例

在2020年12月3日南京地鐵1號線的一次因牽引變電所框架保護造成的供電分區(qū)停電事件中，南京地鐵珠江路控制中心的行調(diào)和電調(diào)密切配合，運用大單邊供電的方式在很短的時間內(nèi)恢復了失電區(qū)域的供電，將供電設備故障對列車運營的影響控制在了很小的范圍內(nèi)。處置過程如下。

16 : 26控制中心供電遠動系統(tǒng)(SCADA) 報警：紅山牽引所211，212，213，214斷路器自動跳閘，故障區(qū)域牽引變電所示意圖如圖4所示。紅山牽引所4個開關跳閘的結果是A7，B7供電分區(qū)失電，A6，B6供電分區(qū)由雙邊供電變?yōu)閱芜吂╇?。調(diào)度長立即啟動相應應急預案，并進行故障信息的通報。電調(diào)通過SCADA系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)報警記錄中僅紅山牽引所開關柜嚴重故障跳閘并合閘閉鎖的信息，經(jīng)過與新模范牽引所值班員聯(lián)系，確認新模范牽引所213，214開關沒有聯(lián)跳，因而基本判斷故障在所內(nèi)，接觸網(wǎng)應該無異常[9]。

圖4 故障區(qū)域牽引變電所示意圖Fig.4 Traction substation in the failure area

16 : 26行調(diào)命令失電分區(qū)內(nèi)的上行1116次列車惰行進邁皋橋，進站后降弓，做好客室廣播，A7，B7供電分區(qū)失電示意圖如圖5所示。

圖5 A7、B7供電分區(qū)失電示意圖Fig.5 Power failure of A7 and B7 power supply zones

16 : 28設備維修調(diào)度員得到電調(diào)通知后，派高壓供電人員立即趕往紅山牽引所故障搶修，電調(diào)通知行調(diào)新模范—紅山下行準備大單邊越區(qū)供電，A6供電分區(qū)需短時停電。行調(diào)通知區(qū)間0813次車進南京站后降弓，通知南京站上行扣車，同時下放南京站信號設備控制權，要求相關各站做好乘客服務，并進行全線運營調(diào)整。

16 : 29開始，電調(diào)和行調(diào)密切配合，通過倒閘作業(yè)實現(xiàn)了大單邊供電，恢復了失電區(qū)域的供電，同時保證了列車運行的安全，具體采取了以下措施。

（1）行調(diào)通知南京站、2302次司機準備在南京站清客，經(jīng)渡線折返至下行開2303次載客，要求車站負責配合清客并排列折返進路。

（2）電調(diào)分紅山牽引所2111，2121，2131，2141隔離開關，徹底斷開故障牽引所后，安排高壓供電維修人員開始搶修。

（3）電調(diào)在接到行調(diào)“0813次已經(jīng)在南京站停車降弓，南京站至邁皋橋下行沒有其他列車”的通知后，按照“分新模范213開關，合紅山2113越區(qū)開關，合新模范213開關”的倒閘順序，經(jīng)過A6供電分區(qū)的短暫停電后，通過大單邊供電方式恢復了下行A7分區(qū)供電。

（4）在0813次從南京站開出，2302次經(jīng)渡線折返至南京站下行站臺后，在得到行調(diào)“1116次已經(jīng)在邁皋橋停車降弓，新模范至邁皋橋上行沒有其他列車”的通知后，按照“分新模范214開關，合紅山2124越區(qū)開關，合新模范214開關”的倒閘順序，經(jīng)過B6供電分區(qū)的短暫停電后，通過大單邊供電方式恢復了下行B7分區(qū)供電。

綜合以上處理過程，這次牽引變電所框架保護導致的供電分區(qū)停電事件得到快速有效的處置，其主要原因在于，電調(diào)迅速地判斷出故障點在紅山牽引變電所內(nèi)，隨后電調(diào)在行調(diào)的密切配合下，在相關區(qū)域的列車全部停車降弓，并滿足操作縱向電動隔離開關操作的條件后，果斷使用大單邊供電方式恢復了失電分區(qū)的供電，是一次非常成功的牽引變電所故障應急處置過程。

4 供電分區(qū)停電類故障處置的探討

地鐵運營過程中一旦出現(xiàn)供電分區(qū)停電，往往會給運營工作帶來嚴重影響。但是，從所描述的案例來看，如果調(diào)度員思路清晰、采取措施得當，相當一部分的此類故障還是能夠得到較為迅速的處理，對運營工作的影響也能降到最低。同時，通過實際工作總結，可以獲得一些經(jīng)驗。

4.1 故障區(qū)列車數(shù)量和運行速度的控制

越區(qū)供電送電成功后，一般行調(diào)需要考慮對故障區(qū)列車的數(shù)量和運行速度進行一定的控制，避免因牽引變電所過載造成供電分區(qū)再次跳閘情況的發(fā)生[10]。

（1）控制列車數(shù)量。如果出現(xiàn)案例中的情況，故障區(qū)只有少量列車，則列車可很快恢復正常運行，然而，在高峰期列車密度很大的情況下，由于大單邊運行時負責越區(qū)供電的牽引變電所的負荷增大很多，列車全部恢復正常運行可能會超過牽引變電所的負荷能力，因而行調(diào)需要在電調(diào)的指導下，采取逐步啟動列車、命令列車單弓或限速運行等措施，謹慎地逐漸恢復列車運行。

（2）控制列車速度。在越區(qū)送電成功后，一般行調(diào)會按照“升單弓—升雙弓—限速25 km/h—恢復正常速度”的順序，命令故障區(qū)列車逐步恢復正常運行。如果故障區(qū)列車運行正常，對于后續(xù)進入故障區(qū)的列車，行調(diào)命令其限速25 km/h 運行至跳閘時前次列車所在位置，如未再次發(fā)生接觸網(wǎng)跳閘，則可恢復正常速度運行。

4.2 越區(qū)送電的應用條件

在南京地鐵案例中，由于故障區(qū)只有個別列車運行，因而電調(diào)按照先下行后上行的順序，順利恢復了A7，B7分區(qū)的供電，但在列車運行密度很大的時段，如果發(fā)生同樣的供電分區(qū)停電，在采用大單邊越區(qū)供電時，行調(diào)除了必須考慮前述的控制列車數(shù)量、速度等問題外，還要考慮到承擔越區(qū)供電的新模范牽引變電所負荷有可能無法同時向上行B7和下行A7供電的情況，如果只能向其中一個分區(qū)供電，則必須考慮到運營調(diào)整的便利。

利用南京站渡線進行運營調(diào)整如圖6所示，如果行調(diào)與電調(diào)決定先進行上行方向的越區(qū)送電，開通了B7供電分區(qū)，則行調(diào)可以命令上行列車到達邁皋橋站后原路折返，反方向運行至南京站后經(jīng)單渡線折至南京站下行站臺，這樣的調(diào)整方式使得A7分區(qū)即使無法恢復供電，也基本不影響紅山和邁皋橋2個站的運營；反之，如果先恢復下行A7分區(qū)的供電，而上行B7分區(qū)無法恢復的話，則南京站至邁皋橋的3個站只有通過列車“小交路+拉風箱”的方式維持運營，顯然不如上行線原路折返簡單便利。

圖6 利用南京站渡線進行運營調(diào)整Fig.6 Operation adjustment using the crossover of Nanjing Railway Station

5 結束語

在闡述大單邊供電方式在供電分區(qū)停電故障處置中應用的基礎上，著重分析總結了將大單邊供電運用于運營調(diào)整時的應急處置原則和行車組織經(jīng)驗，同時，實際運營案例也說明正確使用大單邊供電能夠安全快速地恢復部分停電線路的供電和運營。因此，大單邊供電方式的熟練運用對于地鐵調(diào)度員在處置供電分區(qū)停電故障時具有較高的借鑒價值。采用大單邊供電方式有3個注意事項：一是使用縱向隔離開關必須保證隔離開關兩側饋電區(qū)均處于無電壓狀態(tài)，且失電區(qū)域列車全部降弓；二是恢復供電前后的行車組織必須執(zhí)行“三檢查一限速”的規(guī)定，大單邊供電送電成功后，必須對故障區(qū)列車的數(shù)量和運行速度進行一定的控制，避免因牽引變電所過載造成供電分區(qū)再次失電；三是越區(qū)供電方案的制訂必須考慮運營調(diào)整的便利。