城市軌道交通牽引網上網組合開關柜方案研究

楊鎮華，葛 洲

（1. 中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031；2. 深圳地鐵建設集團有限公司，廣東深圳 518026）

城市軌道交通線網發展迅速，近年來，隨著人工智能技術的不斷發展，無人駕駛、智慧運維等先進技術逐漸得以應用，同時，城市軌道交通系統中各子系統對供電的安全可靠性提出了更高要求。因此，當牽引變電所出現故障時，應盡量縮短牽引供電系統切換時間，提升牽引供電系統的可靠性，以減少列車停運時間。

1 牽引供電方式

目前，我國絕大部分城市軌道交通工程均采用直流牽引供電制式，供電系統主接線如圖1所示，各牽引變電所通過直流快速斷路器饋出4回DC1500V出線（部分站點需額外設置2路饋線至車輛段或停車場）。 正常運行時，正線牽引網由相鄰的牽引變電所雙邊供電；當正線任意一座牽引變電所解列時（端頭牽引變電所除外），由正線相鄰的牽引變電所通過解列牽引變電所對應的越區隔離開關或DC1500V母線越區大雙邊供電；當端頭牽引變電所解列時，由相鄰的牽引變電所通過解列牽引變電所對應的越區隔離開關或DC1500V母線越區單邊供電。

2 上網隔離開關設置方案

圖1 供電系統主接線圖

目前國內牽引網上網隔離開關設置主要有2種方案：①變電所內設置方案，采用上網隔離開關柜安裝于牽引變電所內，主要應用于接觸軌受流；②變電所外設置方案，采用戶外型的三聯裝隔離開關安裝于車站端頭井的隧道壁上或高架區段接觸網立柱的上網點處，主要應用于接觸網受流。

2.1 變電所內設置方案

為便于運維管理，同時受區間安裝條件的限制，接觸軌供電方式的線路采用2臺上網隔離開關和1臺越區隔離開關集成在1個開關柜內，安裝于牽引變電所房間內，利用出線電纜接至接觸軌上網點，如圖2所示。

該方案極大的避免了軌行區金屬粉塵及濕氣對設備的影響，從而提高了運行可靠性；同時也便于施工和運營維護，無需占用軌行區的作業時間，提高了工作效率。但根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》要求，牽引網的上網點應設置在列車進站端，因此導致上網電纜的長度增加，按30 km的線路設置10座牽引變電所估算，因上網電纜長度變化將導致建設投資增加數百萬元。此外，若該區段的電纜故障，不僅導致對應站點無法為牽引網供電，還會導致牽引網無法實現越區供電，對運營搶修帶來一定的風險。

2.2 變電所外設置方案

目前國內采用接觸網供電方式的線路絕大部分都采用戶外型的三聯裝隔離開關，將上網隔離開關和越區隔離開關安裝于車站端頭井的側壁上，再從隔離開關出線接至接觸網上網點，如圖3所示。

該方案可就近布置上網隔離開關，從而極大減少上網電纜的長度，降低因電纜故障導致的系統故障。但由于設備安裝于軌行區側壁，列車運行時將產生大量的金屬粉塵，同時隧道內潮濕環境對設備的影響極大，因此，需縮短設備的維護周期，極大地增加了運營維護工作量。其次由于檢修和巡視均需占用軌行區作業時間，大大降低了工作效率。

3 上網組合開關柜

3.1 方案設置

為實現牽引變電所雙邊供電到大雙邊供電不停電的切換需求，越區開關采用直流快速斷路器的上網組合開關柜方案，如圖4所示。在牽引變電所內設置2組牽引網上網組合開關柜。

牽引網上網組合開關柜由3臺兩工位電動隔離開關與1臺直流快速斷路器組成，并將其集成在1個組合柜體中，分別負責為上行和下行的4個供電分區供電，如圖5所示。

圖2 上網隔離開關變電所內設置方案布置示意圖

圖3 上網隔離開關變電所外設置方案示意圖

圖4 上網組合開關柜方案示意圖

圖5 上網組合開關柜布置示意圖

3.2 運行方案

上網組合開關柜運行方案如圖6所示，牽引供電系統的運行方式可分為雙邊供電、大雙邊供電和單邊供電等幾種不同的運行工況。

（1）通常情況下采用雙邊供電模式，越區隔離開關處于常閉，越區直流快速斷路器處于常開，牽引網由相鄰的牽引變電所雙邊供電。

（2）當由整流器或其上級設備故障導致牽引變電所 B 解列時，可以與傳統方式一樣，無需倒閘開關，利用直流母線及直流饋線斷路器直接實現牽引變電所A與牽引變電所C間牽引網的大雙邊供電。

（3）當直流母線或直流饋線斷路器發生故障導致牽引變電所B解列時，無需將牽引變電所A與牽引變電所C間的牽引網停電，只需將牽引變電所B對應的饋線斷路器分斷后，直接合閘對應組合開關柜中的越區直流快速斷路器，實現牽引變電所A與牽引變電所C間牽引網的大雙邊供電，從而實現牽引網不停電運行方式的轉換。

圖6 組合開關柜運行方案示意圖

（4）當牽引變電所B故障恢復后，同理，也無需先將牽引變電所A與牽引變電所C間的牽引網停電，直接分閘牽引變電所B對應組合開關柜中的越區直流快速斷路器，退出牽引網的大雙邊供電，恢復到正常的雙邊供電即可，從而實現牽引網不停電運行方式的轉換。

上網組合開關柜方案目前已在深圳地鐵6號線首次全線采用，現場安裝情況如圖7所示。

圖7 上網組合開關柜現場安裝情況

3.3 優化建議

結合目前可視化接地系統的設置方案，對現有的上網組合開關柜進一步優化處理。以牽引變電所A為例，將傳統的兩工位上網隔離開關替換為帶可視化接地功能的三工位隔離開關，從而實現可視化接地系統的相關功能。即新型的上網組合開關柜由2 臺帶可視化接地功能的三工位電動隔離開關、1臺兩工位隔離開關和1臺直流快速斷路器組成。

其次在設備布置上，為縮短上網隔離開關至牽引網上網點的距離，提高越區供電的可靠性，并考慮運營檢修的便利性和提高工作效率等因素，遵循就近原則，上網組合開關柜A、B分別安裝在車站兩端的牽引變電所和跟隨變電所內，如圖8所示。

圖8 優化后上網組合開關柜布置示意圖

4 結語

采用新型上網組合開關柜方案可以在牽引網不停電的情況下方便地實現牽引網大雙邊與小雙邊供電方式之間的轉換，確保了牽引網持續、穩定、可靠地為列車提供電源，提高了直流牽引供電的安全可靠性。優化后的方案不僅節省了工程投資，還大大提高了運營維護的工作效率，具備更好的實用性，可廣泛應用于目前各城市軌道交通工程的建設中。