上海軌道交通15號(hào)線供電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)方案及優(yōu)化措施

唐文清

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司， 200070， 上?！喂こ處?

上海軌道交通15號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱“15號(hào)線”)全長(zhǎng)約42.3 km，共設(shè)30座地下車(chē)站，是國(guó)內(nèi)首條開(kāi)通即具備GoA4(無(wú)人干預(yù)列車(chē)運(yùn)行)的大運(yùn)量城市軌道交通線路。本文結(jié)合交通運(yùn)輸部交辦運(yùn)[2019]17號(hào)《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)〈城市軌道交通初期運(yùn)行前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范 第1部分：地鐵和輕軌〉的通知》第四十條對(duì)供電系統(tǒng)功能檢驗(yàn)的要求，通過(guò)介紹15號(hào)線新線建設(shè)期間開(kāi)展的供電系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)工作實(shí)施情況，重點(diǎn)對(duì)相鄰主變電所支援供電測(cè)試、牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測(cè)試及變電所0.4 kV低壓備用進(jìn)線自動(dòng)投入裝置測(cè)試等聯(lián)調(diào)方案進(jìn)行分析,針對(duì)性地提出相應(yīng)的聯(lián)調(diào)方案，并總結(jié)了實(shí)際操作中的難點(diǎn)及優(yōu)化措施。

1 相鄰主變電所支援供電測(cè)試

15號(hào)線全線共設(shè)3座主變電所、2座35 kV開(kāi)關(guān)站。由于主變電所相互支援供電測(cè)試的內(nèi)容及方案大致相同，下文以虹梅路主變電所支援元江路主變電所測(cè)試為例進(jìn)行論述，其供電測(cè)試示意圖如圖1所示。

1.1 測(cè)試目的

1) 檢驗(yàn)1座主變電所因故解列時(shí)，相鄰主變電所能否同時(shí)負(fù)擔(dān)解列主變電所牽引和動(dòng)力照明的一、二級(jí)負(fù)荷。

2) 在支援供電期間，檢驗(yàn)供電系統(tǒng)設(shè)備是否能夠持續(xù)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，如主變壓器的負(fù)載率、環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)電纜的負(fù)載電流、中壓環(huán)網(wǎng)線路末端的電壓損失等是否滿足設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3) 檢驗(yàn)運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員在1座主變電所解列時(shí)的應(yīng)急處置能力，并測(cè)試從正常供電模式切換到支援供電模式的用時(shí)。

1.2 測(cè)試內(nèi)容及步驟

1) 模擬元江路主變電所2#主變壓器故障，對(duì)元江路主變電所的相關(guān)開(kāi)關(guān)設(shè)備及繼電保護(hù)作預(yù)定操作，使元江路主變電所的單臺(tái)主變壓器退出運(yùn)行且其35 kV母線系統(tǒng)保持正常。

2) 操作環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，由相鄰的虹梅路主變電所向元江路主變電所支援供電，保持該運(yùn)行方式1～3 d，記錄支援供電期間測(cè)試區(qū)段的供電情況。

注：箭頭方向?yàn)橹г╇姺较颉?/p>

1.3 測(cè)試難點(diǎn)

1) 模擬解列的主變電所在清負(fù)荷過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致下級(jí)車(chē)站變電所35 kV母排短時(shí)失電，進(jìn)而造成所轄混合變電所牽引整流機(jī)組短時(shí)失電。此時(shí)該接觸網(wǎng)供電區(qū)段將由相鄰牽引變電所進(jìn)行短時(shí)單邊供電，單邊供電期間該區(qū)段的牽引供電能力及供電可靠性將有所下降。

2) 倒閘過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致下級(jí)變電所400 V母排瞬時(shí)失電，測(cè)試前需確認(rèn)車(chē)站重要負(fù)荷的應(yīng)急電源裝置已投入使用且功能正常。相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)在測(cè)試期間進(jìn)行設(shè)備保駕，以確保設(shè)備切換正常。

3) OCC(運(yùn)營(yíng)控制中心)電力監(jiān)控系統(tǒng)遙控、遙信功能應(yīng)完成測(cè)試并投入使用。若OCC電力監(jiān)控系統(tǒng)不具備遠(yuǎn)程控制功能，將導(dǎo)致測(cè)試時(shí)長(zhǎng)增加，不利于保障供電設(shè)備的可靠性。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1) 供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按列車(chē)運(yùn)行的遠(yuǎn)期通過(guò)能力設(shè)計(jì)。對(duì)互為備用的供電電力線路，當(dāng)一路退出運(yùn)行時(shí)，另一路應(yīng)承擔(dān)其一、二級(jí)負(fù)荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過(guò)5%。

2) 從正常供電方式調(diào)整為非正常供電方式后，所有環(huán)網(wǎng)變電所開(kāi)關(guān)的繼電保護(hù)定值組切換正常，整定值滿足要求，開(kāi)關(guān)未發(fā)生誤動(dòng)作。

3) 倒閘操作流程盡可能簡(jiǎn)化，以保證供電系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單、快速地恢復(fù)正常供電。

1.5 測(cè)試結(jié)果

虹梅路主變電所支援供電期間，元江路主變電所對(duì)應(yīng)主變壓器的負(fù)載率約為13%～17%，35 kV環(huán)網(wǎng)末端電壓約為35.44～35.82 kV，中壓環(huán)網(wǎng)線路末端的電壓損失未超過(guò)5%。朱梅路站環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)電纜的負(fù)載電流約為20.72～81.57 A。測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.6 優(yōu)化措施

1) 建議在測(cè)試時(shí)正線接觸網(wǎng)可采取越區(qū)供電方式，即相鄰牽引變電所通過(guò)本所1 500 V直流母排進(jìn)行越區(qū)供電，以減少對(duì)正線列車(chē)牽引系統(tǒng)的影響。

2) 在試運(yùn)行期間，因正線的行車(chē)對(duì)數(shù)較少，車(chē)站環(huán)控等設(shè)備也因調(diào)試等原因無(wú)法正常開(kāi)啟，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)很難達(dá)到初期運(yùn)營(yíng)條件。應(yīng)盡可能在最大行車(chē)密度和低壓滿負(fù)荷運(yùn)行方式下進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證供電系統(tǒng)的能力和供電設(shè)備功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3) 在測(cè)試過(guò)程中，需要將解列主變電所所轄范圍內(nèi)的變電所下級(jí)負(fù)荷全部清除。相比一次性切斷或恢復(fù)所有電源的方式，該方式帶負(fù)荷分合閘產(chǎn)生的沖擊電流較小，不易產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩或設(shè)備損壞。但在城市軌道交通正式運(yùn)營(yíng)后若發(fā)生此類突發(fā)供電故障，應(yīng)最大限度縮短電源恢復(fù)時(shí)間。建議測(cè)試時(shí)不清除下級(jí)負(fù)荷，以減少操作步驟，保證測(cè)試方法更貼合開(kāi)通后的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求。

4) 在新線建設(shè)階段，電力調(diào)度(以下簡(jiǎn)稱“電調(diào)”)沒(méi)有正式接管設(shè)備。在此期間若開(kāi)展相關(guān)測(cè)試，電調(diào)人員出于對(duì)安全責(zé)任的考量，往往不會(huì)主動(dòng)參與測(cè)試。而測(cè)試采用的操作方式及應(yīng)急措施將作為以后此類突發(fā)故障處理的依據(jù)，因此，電調(diào)有必要在調(diào)試階段進(jìn)行實(shí)際的操作。

2 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測(cè)試

15號(hào)線全線共設(shè)18座牽引變電所，其中：正線牽引變電所的平均間距為2.783 km，最大間距為3.530 km，大雙邊供電的最大距離為6.607 km。

本次牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測(cè)試選擇在桂林路站—婁山關(guān)路站的上行區(qū)間(距離約為5.296 km)展開(kāi)。測(cè)試使用了3列車(chē)，其車(chē)底號(hào)分別為15012、15014、15015(以下簡(jiǎn)稱“列車(chē)15012”、“列車(chē)15014”、“列車(chē)15015”)。列車(chē)的行進(jìn)路線如圖2所示。

a) 測(cè)試列車(chē)的起動(dòng)位置

2.1 測(cè)試目的

1) 模擬多車(chē)運(yùn)行工況，檢驗(yàn)大雙邊供電運(yùn)行方式下?tīng)恳妷汉碗娏鞯仁欠穹显O(shè)計(jì)要求。

2) 檢驗(yàn)DC 1 500 V開(kāi)關(guān)整定值設(shè)置的合理性。

2.2 測(cè)試內(nèi)容及步驟

1) 模擬解列姚虹路站牽引變電所，由電調(diào)遙控操作測(cè)試區(qū)間相關(guān)變電所直流饋線開(kāi)關(guān)。確認(rèn)桂林路站—婁山關(guān)路站上行為大雙邊供電模式。

2) 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測(cè)試前，由行車(chē)調(diào)度(以下簡(jiǎn)稱“行調(diào)”)將列車(chē)15012停在紅寶石路站上行站臺(tái)、列車(chē)15014停在姚虹路站上行站臺(tái)、列車(chē)15015停在吳中路站上行站臺(tái)。

3) 在桂林路站安裝并調(diào)試直流測(cè)試儀。該測(cè)試通過(guò)在DC 1 500 V上網(wǎng)電纜處加裝直流互感器并外接直流電流測(cè)試儀的方式，記錄列車(chē)運(yùn)行的電流波形。直流測(cè)試儀的接線方式如圖3所示。

a) 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

5) 行調(diào)通過(guò)通信設(shè)備同時(shí)向3列測(cè)試列車(chē)的司機(jī)發(fā)出列車(chē)起動(dòng)命令，司機(jī)受令后同時(shí)以全牽引力起動(dòng)列車(chē)。運(yùn)行過(guò)程中，列車(chē)車(chē)速升至正常運(yùn)行規(guī)定的時(shí)速。列車(chē)15012運(yùn)行至婁山關(guān)路上行站臺(tái)停車(chē)待命，列車(chē)15014運(yùn)行至紅寶石路上行站臺(tái)停車(chē)待命，列車(chē)15015運(yùn)行至姚虹路站上行站臺(tái)停車(chē)待命。列車(chē)就位后，司機(jī)通知行調(diào)。

6) 確認(rèn)測(cè)試變電所內(nèi)參數(shù)記錄完畢后，測(cè)試人員拆除直流電流測(cè)試儀，并向電調(diào)匯報(bào)測(cè)試情況。由電調(diào)遙控操作相應(yīng)開(kāi)關(guān)，倒回正常供電方式，并通知行調(diào)供電方式已恢復(fù)正常。行調(diào)指揮試驗(yàn)列車(chē)有序回庫(kù)。

2.3 測(cè)試難點(diǎn)

1) 要求測(cè)試列車(chē)統(tǒng)一布置在同一個(gè)大雙邊供電區(qū)域內(nèi)。由于列車(chē)前后間距較短，所有參與測(cè)試的列車(chē)均應(yīng)具備ATP(列車(chē)自動(dòng)防護(hù))功能。

2) 當(dāng)直流饋線距離較長(zhǎng)且行車(chē)密度較大時(shí)，有可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流大于末端短路電流的情況，還有可能出現(xiàn)列車(chē)起動(dòng)時(shí)最大電流變化率大于等于線路遠(yuǎn)端電流變化率的情況，進(jìn)而導(dǎo)致直流開(kāi)關(guān)跳閘。此時(shí)基于安全考慮，各列車(chē)應(yīng)緩慢停車(chē)待命，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，以此作為調(diào)整電流增量保護(hù)、電流上升率保護(hù)的保護(hù)定值的依據(jù)。

3) 測(cè)試過(guò)程中OCC行調(diào)與電調(diào)須相互配合協(xié)作，變電所測(cè)試組人員與列車(chē)司機(jī)通過(guò)無(wú)線對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備保持良好溝通。列車(chē)司機(jī)根據(jù)調(diào)度指令將列車(chē)停在指定位置，待行調(diào)下達(dá)列車(chē)牽引起動(dòng)命令后，測(cè)試列車(chē)必須同時(shí)起動(dòng)，這樣才能測(cè)得對(duì)應(yīng)直流饋線開(kāi)關(guān)的最大電流值，因此，測(cè)試時(shí)要求司機(jī)精神集中、操作嫻熟。

2.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1) 當(dāng)正線的中間牽引變電所退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)由相鄰的兩座牽引變電所依靠其兩套牽引整流機(jī)組的過(guò)負(fù)荷能力實(shí)施大雙邊供電。在大雙邊供電情況下，牽引供電系統(tǒng)允許的電壓波動(dòng)范圍為1 000～1 800 V。

2) 直流保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)保證在列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)因誤跳閘而影響列車(chē)的正常運(yùn)行。

2.5 測(cè)試結(jié)果

當(dāng)姚虹路站牽混所退出運(yùn)行、桂林路站—婁山關(guān)路站上行接觸網(wǎng)實(shí)行大雙邊供電時(shí)，模擬3列測(cè)試列車(chē)同時(shí)全牽引起動(dòng)，得到的測(cè)速波形如圖4所示。由圖4可知：牽引網(wǎng)最低電壓為1 569 V，在允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)(1 000～1 800 V)；最大牽引電流為3 520 A，未對(duì)直流設(shè)備造成影響(無(wú)保護(hù)跳閘)。牽引電壓和電流均符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 牽引接觸網(wǎng)越區(qū)供電測(cè)試波形Fig.4 Traction catenary cross-region power supply test waveform

2.6 優(yōu)化措施

應(yīng)盡可能選取線路軌行區(qū)最大坡道處進(jìn)行測(cè)試，列車(chē)應(yīng)由坡底向坡頂方向行駛，且測(cè)試列車(chē)均應(yīng)在AW3(滿座+9人/m2超常載荷)工況下進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試。

3 變電所0.4 kV低壓備用進(jìn)線自動(dòng)投入裝置功能測(cè)試

3.1 測(cè)試目的

1) 檢驗(yàn)0.4 kV分段開(kāi)關(guān)的備用進(jìn)線自動(dòng)投入裝置(以下簡(jiǎn)稱“備自投”)的功能是否滿足設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)要求及運(yùn)營(yíng)需求。

2) 檢驗(yàn)供電模式切換時(shí)是否會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，其他系統(tǒng)包括信號(hào)、通信、FAS(火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))、EMCS(機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、AFC(自動(dòng)售檢票)系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)、給排水、動(dòng)力照明、電扶梯、站臺(tái)門(mén)等。

3.2 測(cè)試內(nèi)容

1) 任選1座車(chē)站降壓變電所，在正常運(yùn)行狀態(tài)下模擬Ⅰ段動(dòng)力變壓器的溫控跳閘繼電器動(dòng)作，Ⅰ段動(dòng)力變壓器的35 kV斷路器跳閘失電，0.4 kV的Ⅰ段進(jìn)線斷路器跳閘，0.4 kV的Ⅰ段母線失電。同時(shí)，0.4 kV母線三級(jí)負(fù)荷斷路器自動(dòng)分閘。

2) 經(jīng)延時(shí)2～3 s(延時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)要求確定)后，0.4 kV母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動(dòng)合閘，0.4 kV的Ⅰ、Ⅱ段母線均通過(guò)Ⅱ段動(dòng)力變壓器供電。

3) 合上Ⅰ段動(dòng)力變壓器的35 kV斷路器，Ⅰ段動(dòng)力變壓器送電，0.4 kV母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動(dòng)分閘。然后合上0.4 kV的Ⅰ段進(jìn)線斷路器，0.4 kV的Ⅰ段母線由Ⅰ段動(dòng)力變壓器供電。同時(shí)，0.4 kV母線三級(jí)負(fù)荷斷路器手動(dòng)或自動(dòng)合閘，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

4) 記錄測(cè)試操作過(guò)程和相關(guān)電能參數(shù)。

3.3 測(cè)試難點(diǎn)

1) 測(cè)試過(guò)程中需記錄備自投切換過(guò)程的動(dòng)作次序和間隔時(shí)間，其中對(duì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作間隔時(shí)間的采集精度要求較高。

2) 若0.4 kV低壓備自投切換失敗，將導(dǎo)致0.4 kV的某段母線短時(shí)失電，因此，測(cè)試前需確保變電所0.4 kV出線的重要負(fù)荷雙電源切換裝置已完成調(diào)試并投入使用，必要時(shí)應(yīng)安排專業(yè)技術(shù)人員保駕。測(cè)試結(jié)束后，應(yīng)確認(rèn)下級(jí)用戶設(shè)備狀態(tài)是否正常。

3.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1) 當(dāng)變電所1#/2#進(jìn)線斷路器非故障失壓時(shí)，該進(jìn)線斷路器可自動(dòng)分閘，三級(jí)負(fù)荷分閘，母聯(lián)斷路器合閘，由另一路進(jìn)線電源為車(chē)站變電所內(nèi)所有的一、二級(jí)負(fù)荷供電；當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)恢復(fù)至正常的供電狀態(tài)。0.4 kV低壓備自投自動(dòng)切換功能正常。

2) 0.4 kV低壓備自投切換過(guò)程的動(dòng)作次序和時(shí)間符合設(shè)計(jì)要求。如圖5所示，15號(hào)線0.4 kV開(kāi)關(guān)柜設(shè)備控制邏輯如下：①正常情況下，進(jìn)線斷路器均為合閘狀態(tài)，母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)，三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)；②當(dāng)1#/2#進(jìn)線斷路器發(fā)生失壓，延時(shí)大于t+0.5 s(t為該變電所35 kV母聯(lián)柜檢母線無(wú)壓延時(shí)定值)時(shí)，此進(jìn)線斷路器分閘，三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘，母聯(lián)斷路器合閘；③當(dāng)進(jìn)線回路電壓恢復(fù)時(shí)，母聯(lián)斷路器分閘，此進(jìn)線斷路器合閘，三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)手動(dòng)合閘；④當(dāng)2個(gè)進(jìn)線回路同時(shí)失電時(shí)，1#/2#進(jìn)線斷路器分閘，母聯(lián)斷路器分閘，三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘。

圖5 400 V開(kāi)關(guān)柜備自投裝置邏輯圖Fig.5 Logic diagram of 400 V switchgear with automatic switching device

3.5 測(cè)試結(jié)果

在全線各降壓變電所、混合變電所、跟隨變電所0.4 kV低壓備自投測(cè)試過(guò)程中，備自投的自動(dòng)切換功能、切換過(guò)程動(dòng)作次序、切換時(shí)間，以及切換過(guò)程中的電能參數(shù)、三級(jí)負(fù)荷回路的切除功能等，均符合設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 優(yōu)化措施

1) 按常規(guī)繼電保護(hù)整定原則，0.4 kV母聯(lián)備自投時(shí)間較本所35 kV 母聯(lián)備自投時(shí)間多0.5 s，建議將35 kV分段備自投功能驗(yàn)證與0.4 kV低壓備自投功能驗(yàn)證相結(jié)合，以驗(yàn)證0.4 kV母聯(lián)備自投時(shí)間與35 kV備自投時(shí)間的匹配性。

2) 切換過(guò)程的時(shí)間通常采用變電所綜合自動(dòng)化或中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)文顯示時(shí)間，但由于網(wǎng)絡(luò)傳輸可能存在一定的延時(shí)，所以該時(shí)間計(jì)量方式并不十分準(zhǔn)確，與實(shí)際開(kāi)關(guān)動(dòng)作間隔時(shí)間存在一定的時(shí)間誤差。因此，建議使用專業(yè)的繼電保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

3) 0.4 kV低壓備自投功能是該設(shè)備的一項(xiàng)重要功能，因此在功能設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考量，結(jié)合不同運(yùn)營(yíng)模式的需求，在保證功能可靠的前提下盡量?jī)?yōu)化聯(lián)鎖條件，設(shè)置合理的延時(shí)，以確保程序簡(jiǎn)潔高效，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行的功能核驗(yàn)，是檢驗(yàn)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的必要措施，也是城市軌道交通線路開(kāi)通后安全運(yùn)營(yíng)的重要保障。本文基于交運(yùn)為[2019]17號(hào)關(guān)于供電系統(tǒng)功能驗(yàn)證的相關(guān)要求，提出了相應(yīng)的功能驗(yàn)證方案及優(yōu)化建議。其他設(shè)備系統(tǒng)同樣有必要進(jìn)行類似的梳理和歸納，進(jìn)而形成一套完整的適用于城市軌道交通各設(shè)備系統(tǒng)初期運(yùn)營(yíng)前的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)。