一種地鐵不停電倒閘用直流越區負荷開關

蔣 濤，李 紅

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一種地鐵不停電倒閘用直流越區負荷開關

蔣 濤1，李 紅2

（武漢地鐵集團有限公司武漢 430070)

本文介紹了直流越區負荷開關的組成和工作原理以及它的優勢，并介紹了越區負荷開關在地鐵大雙邊供電不停電倒閘中的應用，同時記錄了帶載大雙邊倒閘時的最大電流和實驗波形。

越區負荷開關 大雙邊供電 不停電倒閘 負荷開關柜

0 引言

目前，國內地鐵多在牽引網電分段處設越區電動隔離開關，以保證在牽引變電所因故障或檢修解列時實行大雙邊供電。因為電動隔離開關不能帶載操作，必須停止相應區段的供電，所以會導致停電倒閘作業帶來列車暫停運營的問題。暫停運營需要調度協調三個站的倒閘順序，造成大雙邊供電的時間較長，影響列車的正常運行[1]。

國外只有德國的RITTER公司有結合銅電解滅弧系統衍生出的可用于軌道交通的有載負荷開關產品。國內北京地鐵城建院等單位也在尋求用電力電子器件并聯在越區電動隔離開關兩側的方式，實現不停電倒閘，但沒有實際應用。

1 概述

在直流牽引供電系統中，為了從根本上解決因停電倒閘作業帶來列車暫停運營的問題，為運行中電力調度操作帶來便利和快捷，往往會對越區電動隔離開關或直流快速斷路器設置必要的操作聯鎖，一般通過采集相關聯的直流斷路器或電動隔離開關的位置結點，將它們接入聯鎖邏輯回路，物理實現大多是利用硬接線把所需要的開關位置引到越區隔離開關柜，在柜內利用閉鎖繼電器來實現越區隔離開關的聯鎖功能。因閉鎖邏輯復雜需要大量的硬接線和繼電器，對于工程實施以及運行維護都會帶來很多的不便。同時，由于要依賴大量長距離的硬接線和繼電器節點來構成電氣聯鎖回路，其可靠性也必然會受到影響，很可能因某個環節出現問題而影響地鐵的實際運營[2]。直流越區負荷開關采用兩級觸頭結構，可以帶載分合，這樣就會減少大部分的聯鎖關系，增加了大雙邊運行的可靠性[3]。

2 負荷開關組成和工作原理

一種新型的直流越區負荷開關及其裝置，負荷開關包括觸頭系統、滅弧室、吹弧裝置和操作機構。觸頭系統包括主觸頭和弧觸頭，其中動觸頭為多觸指結構，利于散熱和彈跳??；靜觸頭為自調整結構，利于增加超程。滅弧室主要由金屬柵片、絕緣柵片、絕緣殼體組成，采用串聯結構，可以大大縮小弧室體積，裝卸方便，重量輕，滅弧性能好[4]。吹弧裝置是為了解決分斷臨界小電流問題，采用自勵激磁的一種裝置。操作結構分電操結構和手操結構，結構可靠、技術成熟、合、分閘速度快。負荷開關的基本組成見圖1。

圖1越區負荷開關組成

越區負荷開關及其裝置在武漢地鐵3號線的掛網運行，能夠實現變電所內任何一路饋出開關故障退出、或牽引變電所解列時的不停電倒閘切換及恢復正常供電，下面說明負荷開關的工作原理。

2.1電動合閘

電動合閘操作過程如下：首先確認負荷開關處于斷開狀態，然后旋轉柜面合閘轉換開關，控制閉合回路接觸器使合閘電磁鐵得電，電磁鐵動作，操作機構通過連接件帶動動觸頭至開關合閘，電動合閘完成。此時，合閘彈簧重新儲能，為下次合閘做準備。

2.2電動分閘

首先確認負荷開關處于閉合狀態，然后旋轉柜面分閘轉換開關，控制分斷回路接觸器使分勵脫扣器線圈得電，電磁鐵動作，操作機構通過連接件帶動動觸頭至開關分閘，電動分閘完成，此時彈簧釋能。

2.3手動合閘

操作負荷開關儲能手柄至彈簧儲能完成后，方可進行合閘操作。用手按下負荷開關面板上的合閘按鈕，開關動作至合閘完成，開關指示顯示合閘。

2.4手動分閘

用手按下負荷開關面板分閘按鈕，機構脫扣軸脫扣，機構動作，反力彈簧帶動觸頭至分閘動作完成，開關指示顯示分閘。

3 越區負荷開關在地鐵不停電倒閘中的應用

3.1 負荷開關大雙邊倒閘系統圖

目前本直流越區負荷開關柜已在武漢地鐵3號線東風公司站進行現場運行,位于東風公司站上行上網隔離開關室內，其分合閘可采用電動操作，也可手動操作。電網正常運行時，負荷開關保持在斷開位置；當某一變電所故障或檢修時，該站饋線柜和隔離開關斷開，可在接觸軌不停電情況下閉合故障或檢修站越區負荷開關，完成變電所大雙邊供電操作，保證列車的不間斷可靠運營。大雙邊供電不停電倒閘系統圖如圖2所示。

圖2 越區負荷開關大雙邊供電不停電倒閘系統圖

3.2負荷開關大雙邊倒閘現場實驗

現場運行實驗由地鐵建設事業總部、地鐵運營有限公司機電部和武漢712研究所共同組織，712所負責負荷開關柜的具體操作，但需供電值班人員允許并監督操作,712所和地鐵運營公司負責記錄試驗數據，進行如下試運行測試項目。

3.2.1實驗內容

最大電流：負荷開關柜分閘操作過程中，進、出線母排間出現的最大電流

過電壓：負荷開關柜分閘操作過程中，進、出線母排間出現的最大電壓

全分斷時間：從負荷開關柜分閘線圈得電到負荷開關柜進、出線母排間電流為零的時間

燃弧時間：負荷開關柜負荷開關觸頭之間從拉弧到電弧完全熄滅的時間

電流：載流能力試驗時，負荷開關柜進、出線母排間實時電流值[5]

溫度：載流能力試驗時，負荷開關柜進、出線母排間實時溫度值

3.2.2 實驗項目

3.2.2.1負荷開關空載大雙邊倒閘

夜間線路停運后，線上無機車，3號線沌陽大道站（A）、東風公司站（B）、三角湖站（C）750 V送電（供電公司申報封閉區間計劃），此時進行空載大雙邊倒閘。斷開B站相應的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開關（7011、7031），負荷開關7013執行合閘動作，動作正常，B站解列；負荷開關7013執行分閘動作，負荷開關分閘時間不超過5分鐘，此為一個試驗循環，時間不小于10分鐘，試驗應重復五次。全部試驗循環完成后，5分鐘內閉合B站相應的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開關（7011、7031），B站投入，鄰站雙邊正常供電恢復成功。每次倒閘，裝置應動作正常，記錄負荷開關柜7013分斷波形，測量負荷開關柜7013斷口最大電流值、過電壓值、全分斷時間、燃弧時間，其中燃弧時間不超過200 ms。

3.2.2.2負荷開關載流能力試驗（溫升測試）

斷開B站相應的饋線柜斷路器（701、703）和隔離開關（7011、7031），負荷開關柜執行合閘動作，B站解列，對應區域投入大雙邊供電。大雙邊供電運行一個工作日，每隔半小時用測溫試紙和無線測溫儀測量負荷開關規定測試點的溫升，記錄對應電流值，測試點溫升不超過60 K。

3.2.2.3負荷開關帶載大雙邊倒閘

帶載大雙邊實驗時，分別選取上、下班高峰時間段進行測試。負荷開關柜執行合閘動作，動作正常，B站解列；負荷開關7013執行分閘動作，負荷開關分閘時間不超過5分鐘，試驗過程不小于10分鐘。整個試驗過程應重復十次。每次倒閘，裝置應動作正常，記錄負荷開關7013分斷波形，測量負荷開關7013斷口最大電流值、過電壓值、全分斷時間、燃弧時間，其中燃弧時間不超過200 ms。

3.2.3實驗數據記錄和波形

3.2.3.1實驗電流記錄

表1為大雙邊供電倒閘和大單邊供電倒閘時相鄰變電所的最大電流記錄。

3.2.3.2實驗波形記錄

帶載大雙邊不停電倒閘時，機車在上、下班高峰期間分別進行啟動、加速、惰行、制動時的波形分別如圖3~圖6所示。

由實驗的電流和分斷波形可以看到，越區負荷開關的各項性能指標完全滿足地鐵大雙邊不停電倒閘的各種實際工況的應用，在現場極限電流8217 A電流的情況下，負荷開關也能夠正常的分合，觸頭燒損可以忽略不計，燃弧時間遠遠小于200 ms，越區負荷開關。

表1大雙邊倒閘最大電流記錄

圖4 車輛加速時倒閘波形

圖5 車輛惰行時倒閘波形

圖6 車輛制動時倒閘波形

4 結論

本直流越區負荷開關在實現性能指標的前提下，采用成熟軍用技術進行設計，本文開發出了一種以分斷額定電流、關合短路電流的越區負荷開關為主成套的不停電倒閘越區負荷開關裝置，為運行中電力調度操作帶來極大的便利和快捷，從根本上解決了因停電倒閘作業帶來列車暫停運營的問題。本越區負荷開關柜的成功應用，改善了地鐵運行方式，填補了行業空白，為新技術、新產品產業化打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 蔡彬, 陳德桂. 軌道交通的直流供電系統[J]. 電工技術, 2001(2): 57-61.

[2] 鄭瞳熾. 城市軌道交通牽引供電系統[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2004.

[3] 張冠生. 電器理論基礎[M]. 北京: 機械工業出版社, 1989.

[4] 錢杞, 張培銘. 低壓直流斷路器的限流技術[J]. 電氣開關, 2000(1): 14-17.

[5] 陳德桂. 低壓斷路器的開關電弧與限流技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2007.

DC Cross Zone Load Switch for Subway without Power Outage

Jiang Tao1,Li Hong2

（Wuhan Metro Group Co.,Ltdwuhan 430070)

TM56

A

1003-4862（2016）10-0071-04

2016-08-12

蔣濤 (1984-)，男，碩士，研究方向：電氣設備。