城市軌道交通供電系統功能核驗測試方案研究

程澤華 張凌云 黃明暘

摘 要：供電系統是否可靠，直接影響城市軌道交通運營安全和服務質量。交通運輸部交辦運[2019]17 號文明確要求供電系統需完成功能核驗測試。文章通過研究供電系統功能核驗測試方案，并通過對呼和浩特市軌道交通 1 號線一期工程供電系統開展功能核驗測試進行驗證，總結分析城市軌道交通供電系統功能核驗測試方案的必要性及可行性。

關鍵詞：城市軌道交通;供電系統;功能核驗測試

中圖分類號：U223

1 研究背景

城市軌道交通以其較大的運輸能力、較高的準時性和舒適性，得到廣大民眾的高度認可，成為居民日常出行的首選公共交通方式。城市軌道交通車輛、信號、供電等系統各自運行、相互配合、密切聯動，保障列車的安全運行。供電系統作為列車運行的動力源，在城市軌道交通安全運行中發揮著不可替代的重要作用。為確保城市軌道交通的安全運行，交通運輸部交辦運[2019]17號文《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范第1部分：地鐵和輕軌》[1]第四十條提出對供電系統進行功能核驗的明確要求，交通運輸部交運規[2019]1號文《城市軌道交通初期運營前安全評估管理暫行辦法》[2]第四條也明確規定：未通過初期運營前安全評估不得投入初期運營。

2 供電系統概述

城市軌道交通供電系統主要包括牽引供電系統、動力照明系統和電力監控系統等。供電系統為城市軌道交通提供能源和動力，保障用電設備發揮各自的功能和作用，從而確保城市軌道交通安全可靠運營。

2.1 牽引供電系統

牽引供電系統為動車組提供電能，是列車運行的動力保障。牽引供電系統主要由牽引變電所、饋電線、牽引接觸網（軌）、回流線等組成。城市軌道交通牽引供電系統示意圖如圖1所示，集中式供電在城市電網（外部電源）和牽引變電所之間設置有主變電所，負擔各自供電分區的牽引負荷和動力照明負荷。為保證供電的可靠性，通常設置2座或2座以上的主變電所，由2路獨立電源供電，內部設置2臺相同的主變壓器，將城市電網的高壓110 kV（或220 kV）降壓為10 kV（或35kV）并通過中壓供電網絡為沿線各變電所供電。牽引變電所將電力系統引入的AC 10 kV（或35 kV）變換成DC1500 V（或DC 750 V），通過饋電線送至接觸網為列車供電。線路正常運行時，各供電區間均由相鄰牽引變電所雙邊供電，當任一牽引變電所解列時，由相鄰變電所進行越區供電。

2.2 動力照明系統

動力照明系統由降壓變電所、照明及低壓配電系統等構成，為調度指揮、通信信號、旅客服務等業務提供可靠的電力保障。降壓變電所將主變電所提供的AC10kV（或35kV）降壓為AC 380/220V，通過低壓配電系統給車站、區間的動力、照明等不同負荷分級的設備供電。

2.3 電力監控系統

電力監控系統（PSCADA）是以計算機為基礎的變電所控制與調度自動化系統，通過計算機通信、網絡等技術對變電所現場的運行設備進行監視與控制，以實現數據采集、設備控制、參數調節以及信號報警等各項功能，可提高變電所運行效率和管理水平。

3 供電系統功能核驗測試方案

3.1 功能核驗要求

3.1.1 主變電所支援供電能力

為了驗證供電系統主變電所的主變壓器容量、可靠性、穩定性及設備功能是否滿足設計要求，需檢驗在一座主變電所全部失電的情況下，采用另一座主變電所進行支援的供電模式，測試主變電所支援供電能力是否符合設計要求。當一座主變電所因故解列時，剩余主變電所應能承擔全線的動力和照明一、二級負荷及牽引負荷，主變電所主變壓器總負荷功率應小于設計容量。

3.1.2 牽引接觸網（軌）越區供電能力

GB 50157-2013《地鐵設計規范》第15.2.8條規定，當正線的中間牽引變電所退出運行時，應由相鄰的2座牽引變電所依靠2套牽引整流機組的過負荷能力實施大雙邊供電。因此需測試牽引接觸網（軌）越區供電能力是否符合設計要求。大雙邊供電時，DC 750 V和DC 1500 V牽引供電系統電壓波動范圍分別為500～900 V和1000～1800V。牽引整流機組的負荷特性見表1。

3.1.3 變電所 0.4 kV 低壓雙電源自動切換功能

自投是指當其中一路電源出現問題時，雙電源開關自動切換到備用電源。降壓變電所0.4 kV側為單母線分段接線形式，正常運行時0.4 kV母聯斷路器斷開，2臺動力配電變壓器分列運行。當一臺動力配電變壓器退出運行時，切除三級負荷，0.4kV母聯斷路器自動合閘，另一臺動力配電變壓器負責本站一、二級負荷的供電。備自投自動切換功能、切換過程的動作次序和時間以及電能參數、三級負荷回路的切除等應符合設計要求，即0.4 kV低壓雙電源實現自動切換，三級負荷回路切除母聯斷路器自動合閘，另一臺配電變壓器的功率低于設計容量。

3.1.4 PSCADA系統遙控、遙信、遙測和遙調功能

GB 50157-2013《地鐵設計規范》第15.6章節規定，PSCADA系統功能應包括遙控、遙信、遙測、遙調，并應符合遙控命令時間≤3 s，遙控及遙信正確率≥99.9%，遙測綜合誤差≤1.5%等規定。

3.2 功能核驗測試方案

3.2.1 相鄰主變電所支援供電測試

2座及2座以上主變電所的線路，對擬退出主變電所相關開關設備及繼電保護作預定操作，將其兩段35kV母排上除環網饋線外的其他饋線開關全部分閘，退出運行且母線系統正常，操作環網聯絡開關由相鄰主變電所支援供電，12列電客車按照3 min間隔運行。記錄相鄰主變電所主變壓器功率、各站設備運行情況及各站供電系統有無報警、跳閘等情況。

3.2.2 牽引接觸網（軌）越區供電測試

模擬解列正線1座牽引變電所，進行左右相鄰牽引變電所供電的倒閘操作，實現對解列牽引變電所供電區段進行大雙邊供電，2列超載電客車在包括測試區段在內的正線上下行往復運行（制動、通過、啟動）。測試過程中需記錄大雙邊供電時的牽引電壓和電流。

3.2.3 變電所 0.4 kV 低壓備自投測試

任選1座車站降壓變電所，在正常運行狀態下，模擬Ⅰ段動力變壓器的溫控跳閘繼電器動作，Ⅰ段動力變壓器的35 kV（或10 kV）斷路器跳閘失電，0.4 kV的Ⅰ段進線斷路器跳閘，0.4 kV的Ⅰ段母線失電，同時0.4kV母線三級負荷斷路器自動分閘。經延時2～3s后，0.4kV母線聯絡斷路器自動合閘，0.4 kV的Ⅰ、Ⅱ段母線均通過Ⅱ段動力變壓器供電。合上Ⅰ段動力變壓器的35 kV（或10 kV）斷路器，Ⅰ段動力變壓器送電，0.4kV母線聯絡斷路器自動分閘，Ⅰ段進線斷路器合閘，0.4 kV的Ⅰ段母線由Ⅰ段動力變壓器供電，同時0.4 kV母線三級負荷斷路器手動或自動合閘，系統恢復。測試過程中需記錄測試操作過程和Ⅱ段動力變壓器功率。

3.2.4 PSCADA系統功能測試

PSCADA系統操作人員利用信號光字屏對中壓及以上電壓等級的斷路器、隔離開關進行遠程合閘、分閘，并與現場設備對照開關狀態及電氣量信息。現場設備廠家進行確認，通過對講機匯報設備動作結果及狀態信息。測試結束后恢復設備原狀態，測試過程中需記錄設備動作及狀態。

4 供電系統功能核驗測試方案工程驗證

4.1 工程概況

呼和浩特市軌道交通1號線一期工程供電系統采用集中式、110/35 kV兩級電壓供電方式，牽引供電系統和動力照明配電系統共用35kV中壓網絡，設有西龍王廟及南店2座主變電所，正線設置9座牽引降壓混合所，11座降壓變電所。PSCADA系統集中控制變電所內二次設備，并集成于綜合監控系統。

4.2 測試方案驗證對呼和浩特市軌道交通1號線一期工程進行供電系統功能核驗測試，測試記錄表如圖2所示，測試結果如下。

（1）由南店主變電所支援西龍王廟主變電所供電，主變壓器功率分別為30994 kVA及30987 kVA，小于南店主變電所 2×50 MVA變壓器設計容量，相鄰主變電所支援供電測試記錄表見圖2a，結果符合設計要求。

（2）解列藝術學院牽引變電所，由新華廣場及內蒙古博物院牽引變電所進行越區供電，接觸網電壓<1800V，牽引接觸網越區供電測試記錄表見圖2b，結果符合設計要求。

（3）選取孔家營站降壓變電所進行測試，三級負荷回路成功切除后，0.4 kV母聯斷路器自動合閘，變電所0.4 kV低壓備自投測試記錄表見圖2c，配電變功率符合設計要求。

（4）選取西二環路站、新華廣場站及白塔機場站進行測試，可通過PSCADA遙控35 kV、0.4 kV開關柜內斷路器、電動負荷開關及電動隔離開關，并能收到狀態信息及各類電器參數，PSCADA功能測試記錄表見圖2d，結果符合設計要求。

上述結果表明，測試方案滿足交通運輸部交辦運[2019]17號文中對供電系統功能核驗的要求，方案可行。

5 結束語

供電系統是城市軌道交通的重要組成部分，沒有供電系統的安全可靠供電， 就沒有城市軌道交通的正常運行。城市軌道交通初期運營前對供電系統進行功能核驗，是檢驗供電系統可靠性、穩定性的必要措施，更是后期城市軌道交通安全運營的重要保障。因此，對供電系統功能核驗測試方案進行后續優化研究仍具有重要意義。

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收稿日期 2019-12-19

責任編輯 宗仁莉