上海軌道交通15號線供電系統綜合聯調方案及優化措施

唐文清

(上海申通軌道交通研究咨詢有限公司， 200070， 上海∥工程師)

上海軌道交通15號線(以下簡稱“15號線”)全長約42.3 km，共設30座地下車站，是國內首條開通即具備GoA4(無人干預列車運行)的大運量城市軌道交通線路。本文結合交通運輸部交辦運[2019]17號《交通運輸部辦公廳關于印發〈城市軌道交通初期運行前安全評估技術規范 第1部分：地鐵和輕軌〉的通知》第四十條對供電系統功能檢驗的要求，通過介紹15號線新線建設期間開展的供電系統綜合聯調工作實施情況，重點對相鄰主變電所支援供電測試、牽引接觸網越區供電測試及變電所0.4 kV低壓備用進線自動投入裝置測試等聯調方案進行分析,針對性地提出相應的聯調方案，并總結了實際操作中的難點及優化措施。

1 相鄰主變電所支援供電測試

15號線全線共設3座主變電所、2座35 kV開關站。由于主變電所相互支援供電測試的內容及方案大致相同，下文以虹梅路主變電所支援元江路主變電所測試為例進行論述，其供電測試示意圖如圖1所示。

1.1 測試目的

1) 檢驗1座主變電所因故解列時，相鄰主變電所能否同時負擔解列主變電所牽引和動力照明的一、二級負荷。

2) 在支援供電期間，檢驗供電系統設備是否能夠持續穩定、可靠地運行，如主變壓器的負載率、環網聯絡電纜的負載電流、中壓環網線路末端的電壓損失等是否滿足設計、標準要求。

3) 檢驗運營調度人員在1座主變電所解列時的應急處置能力，并測試從正常供電模式切換到支援供電模式的用時。

1.2 測試內容及步驟

1) 模擬元江路主變電所2#主變壓器故障，對元江路主變電所的相關開關設備及繼電保護作預定操作，使元江路主變電所的單臺主變壓器退出運行且其35 kV母線系統保持正常。

2) 操作環網聯絡開關，由相鄰的虹梅路主變電所向元江路主變電所支援供電，保持該運行方式1～3 d，記錄支援供電期間測試區段的供電情況。

注：箭頭方向為支援供電方向。

1.3 測試難點

1) 模擬解列的主變電所在清負荷過程中會導致下級車站變電所35 kV母排短時失電，進而造成所轄混合變電所牽引整流機組短時失電。此時該接觸網供電區段將由相鄰牽引變電所進行短時單邊供電，單邊供電期間該區段的牽引供電能力及供電可靠性將有所下降。

2) 倒閘過程中會導致下級變電所400 V母排瞬時失電，測試前需確認車站重要負荷的應急電源裝置已投入使用且功能正常。相關專業人員應在測試期間進行設備保駕，以確保設備切換正常。

3) OCC(運營控制中心)電力監控系統遙控、遙信功能應完成測試并投入使用。若OCC電力監控系統不具備遠程控制功能，將導致測試時長增加，不利于保障供電設備的可靠性。

1.4 評價標準

1) 供電系統的中壓網絡應按列車運行的遠期通過能力設計。對互為備用的供電電力線路，當一路退出運行時，另一路應承擔其一、二級負荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過5%。

2) 從正常供電方式調整為非正常供電方式后，所有環網變電所開關的繼電保護定值組切換正常，整定值滿足要求，開關未發生誤動作。

3) 倒閘操作流程盡可能簡化，以保證供電系統能夠簡單、快速地恢復正常供電。

1.5 測試結果

虹梅路主變電所支援供電期間，元江路主變電所對應主變壓器的負載率約為13%～17%，35 kV環網末端電壓約為35.44～35.82 kV，中壓環網線路末端的電壓損失未超過5%。朱梅路站環網聯絡電纜的負載電流約為20.72～81.57 A。測試結果符合設計、標準要求。

1.6 優化措施

1) 建議在測試時正線接觸網可采取越區供電方式，即相鄰牽引變電所通過本所1 500 V直流母排進行越區供電，以減少對正線列車牽引系統的影響。

2) 在試運行期間，因正線的行車對數較少，車站環控等設備也因調試等原因無法正常開啟，設備運行狀態很難達到初期運營條件。應盡可能在最大行車密度和低壓滿負荷運行方式下進行測試，以驗證供電系統的能力和供電設備功能是否滿足設計要求。

3) 在測試過程中，需要將解列主變電所所轄范圍內的變電所下級負荷全部清除。相比一次性切斷或恢復所有電源的方式，該方式帶負荷分合閘產生的沖擊電流較小，不易產生系統振蕩或設備損壞。但在城市軌道交通正式運營后若發生此類突發供電故障，應最大限度縮短電源恢復時間。建議測試時不清除下級負荷，以減少操作步驟，保證測試方法更貼合開通后的實際運營需求。

4) 在新線建設階段，電力調度(以下簡稱“電調”)沒有正式接管設備。在此期間若開展相關測試，電調人員出于對安全責任的考量，往往不會主動參與測試。而測試采用的操作方式及應急措施將作為以后此類突發故障處理的依據，因此，電調有必要在調試階段進行實際的操作。

2 牽引接觸網越區供電測試

15號線全線共設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。

本次牽引接觸網越區供電測試選擇在桂林路站—婁山關路站的上行區間(距離約為5.296 km)展開。測試使用了3列車，其車底號分別為15012、15014、15015(以下簡稱“列車15012”、“列車15014”、“列車15015”)。列車的行進路線如圖2所示。

a) 測試列車的起動位置

2.1 測試目的

1) 模擬多車運行工況，檢驗大雙邊供電運行方式下牽引電壓和電流等是否符合設計要求。

2) 檢驗DC 1 500 V開關整定值設置的合理性。

2.2 測試內容及步驟

1) 模擬解列姚虹路站牽引變電所，由電調遙控操作測試區間相關變電所直流饋線開關。確認桂林路站—婁山關路站上行為大雙邊供電模式。

2) 牽引接觸網越區供電測試前，由行車調度(以下簡稱“行調”)將列車15012停在紅寶石路站上行站臺、列車15014停在姚虹路站上行站臺、列車15015停在吳中路站上行站臺。

3) 在桂林路站安裝并調試直流測試儀。該測試通過在DC 1 500 V上網電纜處加裝直流互感器并外接直流電流測試儀的方式，記錄列車運行的電流波形。直流測試儀的接線方式如圖3所示。

a) 現場安裝圖

5) 行調通過通信設備同時向3列測試列車的司機發出列車起動命令，司機受令后同時以全牽引力起動列車。運行過程中，列車車速升至正常運行規定的時速。列車15012運行至婁山關路上行站臺停車待命，列車15014運行至紅寶石路上行站臺停車待命，列車15015運行至姚虹路站上行站臺停車待命。列車就位后，司機通知行調。

6) 確認測試變電所內參數記錄完畢后，測試人員拆除直流電流測試儀，并向電調匯報測試情況。由電調遙控操作相應開關，倒回正常供電方式，并通知行調供電方式已恢復正常。行調指揮試驗列車有序回庫。

2.3 測試難點

1) 要求測試列車統一布置在同一個大雙邊供電區域內。由于列車前后間距較短，所有參與測試的列車均應具備ATP(列車自動防護)功能。

2) 當直流饋線距離較長且行車密度較大時，有可能出現最大負荷電流大于末端短路電流的情況，還有可能出現列車起動時最大電流變化率大于等于線路遠端電流變化率的情況，進而導致直流開關跳閘。此時基于安全考慮，各列車應緩慢停車待命，并記錄相關數據，以此作為調整電流增量保護、電流上升率保護的保護定值的依據。

3) 測試過程中OCC行調與電調須相互配合協作，變電所測試組人員與列車司機通過無線對講機等通信設備保持良好溝通。列車司機根據調度指令將列車停在指定位置，待行調下達列車牽引起動命令后，測試列車必須同時起動，這樣才能測得對應直流饋線開關的最大電流值，因此，測試時要求司機精神集中、操作嫻熟。

2.4 評價標準

1) 當正線的中間牽引變電所退出運行時，應由相鄰的兩座牽引變電所依靠其兩套牽引整流機組的過負荷能力實施大雙邊供電。在大雙邊供電情況下，牽引供電系統允許的電壓波動范圍為1 000～1 800 V。

2) 直流保護系統應保證在列車正常運行時不會因誤跳閘而影響列車的正常運行。

2.5 測試結果

當姚虹路站牽混所退出運行、桂林路站—婁山關路站上行接觸網實行大雙邊供電時，模擬3列測試列車同時全牽引起動，得到的測速波形如圖4所示。由圖4可知：牽引網最低電壓為1 569 V，在允許的電壓波動范圍內(1 000～1 800 V)；最大牽引電流為3 520 A，未對直流設備造成影響(無保護跳閘)。牽引電壓和電流均符合設計要求。

圖4 牽引接觸網越區供電測試波形Fig.4 Traction catenary cross-region power supply test waveform

2.6 優化措施

應盡可能選取線路軌行區最大坡道處進行測試，列車應由坡底向坡頂方向行駛，且測試列車均應在AW3(滿座+9人/m2超常載荷)工況下進行此項測試。

3 變電所0.4 kV低壓備用進線自動投入裝置功能測試

3.1 測試目的

1) 檢驗0.4 kV分段開關的備用進線自動投入裝置(以下簡稱“備自投”)的功能是否滿足設計、標準要求及運營需求。

2) 檢驗供電模式切換時是否會對其他系統的正常運行造成影響，其他系統包括信號、通信、FAS(火災報警系統)、EMCS(機電設備監控系統)、AFC(自動售檢票)系統、通風空調、給排水、動力照明、電扶梯、站臺門等。

3.2 測試內容

1) 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，0.4 kV母線三級負荷斷路器自動分閘。

2) 經延時2～3 s(延時依據設計要求確定)后，0.4 kV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。

3) 合上Ⅰ段動力變壓器的35 kV斷路器，Ⅰ段動力變壓器送電，0.4 kV母線聯絡斷路器自動分閘。然后合上0.4 kV的Ⅰ段進線斷路器，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，系統恢復正常運行狀態。

4) 記錄測試操作過程和相關電能參數。

3.3 測試難點

1) 測試過程中需記錄備自投切換過程的動作次序和間隔時間，其中對開關動作間隔時間的采集精度要求較高。

2) 若0.4 kV低壓備自投切換失敗，將導致0.4 kV的某段母線短時失電，因此，測試前需確保變電所0.4 kV出線的重要負荷雙電源切換裝置已完成調試并投入使用，必要時應安排專業技術人員保駕。測試結束后，應確認下級用戶設備狀態是否正常。

3.4 評價標準

1) 當變電所1#/2#進線斷路器非故障失壓時，該進線斷路器可自動分閘，三級負荷分閘，母聯斷路器合閘，由另一路進線電源為車站變電所內所有的一、二級負荷供電；當電源恢復時，系統可自動恢復至正常的供電狀態。0.4 kV低壓備自投自動切換功能正常。

2) 0.4 kV低壓備自投切換過程的動作次序和時間符合設計要求。如圖5所示，15號線0.4 kV開關柜設備控制邏輯如下：①正常情況下，進線斷路器均為合閘狀態，母聯斷路器處于分閘狀態，三級負荷總開關為合閘狀態；②當1#/2#進線斷路器發生失壓，延時大于t+0.5 s(t為該變電所35 kV母聯柜檢母線無壓延時定值)時，此進線斷路器分閘，三級負荷總開關自動分閘，母聯斷路器合閘；③當進線回路電壓恢復時，母聯斷路器分閘，此進線斷路器合閘，三級負荷總開關手動合閘；④當2個進線回路同時失電時，1#/2#進線斷路器分閘，母聯斷路器分閘，三級負荷總開關自動分閘。

圖5 400 V開關柜備自投裝置邏輯圖Fig.5 Logic diagram of 400 V switchgear with automatic switching device

3.5 測試結果

在全線各降壓變電所、混合變電所、跟隨變電所0.4 kV低壓備自投測試過程中，備自投的自動切換功能、切換過程動作次序、切換時間，以及切換過程中的電能參數、三級負荷回路的切除功能等，均符合設計、標準要求。

3.6 優化措施

1) 按常規繼電保護整定原則，0.4 kV母聯備自投時間較本所35 kV 母聯備自投時間多0.5 s，建議將35 kV分段備自投功能驗證與0.4 kV低壓備自投功能驗證相結合，以驗證0.4 kV母聯備自投時間與35 kV備自投時間的匹配性。

2) 切換過程的時間通常采用變電所綜合自動化或中央級綜合監控系統的報文顯示時間，但由于網絡傳輸可能存在一定的延時，所以該時間計量方式并不十分準確，與實際開關動作間隔時間存在一定的時間誤差。因此，建議使用專業的繼電保護測試儀進行測試。

3) 0.4 kV低壓備自投功能是該設備的一項重要功能，因此在功能設計時需要綜合考量，結合不同運營模式的需求，在保證功能可靠的前提下盡量優化聯鎖條件，設置合理的延時，以確保程序簡潔高效，保證設備的穩定運行。

4 結語

城市軌道交通初期運營前安全評估對供電系統進行的功能核驗，是檢驗供電系統穩定性、可靠性的必要措施，也是城市軌道交通線路開通后安全運營的重要保障。本文基于交運為[2019]17號關于供電系統功能驗證的相關要求，提出了相應的功能驗證方案及優化建議。其他設備系統同樣有必要進行類似的梳理和歸納，進而形成一套完整的適用于城市軌道交通各設備系統初期運營前的調試標準。