城市轨道交通牵引网短路试验研究

张佳

摘要：牵引网短路试验是城市轨道交通供电系统投入运营前的一项重要试验。由于该试验可能会对直流开关等设备造成损伤以及造成操作员人身伤害，所以很多城市轨道交通线路在建设阶段取消了该试验。但牵引网短路试验的结果对城市轨道交通牵引供电系统的建设、运营均有重要的参考价值。

关键词：城市轨道交通；牵引供电系统；短路试验

Abstract：DC traction network short-circuit test is an important test before the urban rail transit power supply system is put into operation. Since the test may cause damage to equipment such as DC switches and even cause personal injury to operators，many urban rail transit lines canceled this test during construction. However，the results of the traction electric network short-circuit test have important reference value for the construction and operation of the urban rail transit traction power supply system.

Key words：DC traction network short-circuit test；power supply system；urban rail

1测试目的

城市轨道交通的牵引网短路试验主要是为了检验牵引供电系统相关设备是否能承受短路故障；检验牵引供电系统保护装置的选择性、灵敏性、可靠性以及速动性；检验短路故障是否会对其他系统设备造成影响。

2测试前提条件

（1）建设及运营接管单位共同成立统一的测试小组，形成统一的指挥体系。

（2）已收到经建设及运营单位共同审批通过的测试方案。

（3）测试范围内的信号轨旁设备均已安装完成，所有轨道绝缘及回流设备已按设计图纸施工、测试完毕。

（4）针对已运营线路的新建延伸线测试时，应选择至少隔开一个供电区段以外的范围进行，如不具备则应待运营线路的全部运营工作结束后进行，并严格按照运营单位批复的时间来进行。运营单位工务、信号等相关专业应按照方案准备好应急措施、备品备件、抢修材料等应齐全，避免出现次生故障影响第二天运营工作。

（5）主变电所、牵引降压混合式变电所、降压变电所、跟随式降压变电所均已受电且运行正常。

（6）接触网/接触轨已受电完成，冷、热滑试验完成且运行正常。

（7）已收到完整的各类电气试验报告、继电保护测试报告等。

（8）提供直流短路计算报告。

（9）完成回路阻抗测试并有测试记录。

（10）试验区段的封锁程序与措施已经落实。提前通知其他单位试验时间，并要求相关区间和车站站台停止一切施工作业。

（11）保证牵引降压混合变电所、短路点、控制中心之间的通信联络畅通。

3 技术方案

3.1 短路点选择方案

（1）单边近端牵引网对轨短路试验可以在车站A至车站B的区间内开展，试验开关为车站A的牵引变电所213直流断路器，短路点选择在车站A附近，如图3-1所示。

（2）单边远端牵引网对轨短路试验可以在车站A至车站B的区间内开展，试验开关为车站B的牵引变电所211直流断路器（避免同一开关多次承受短路电流），短路点选择在车站A附近。

（3）单边越区远端牵引网对轨短路试验可以在车站A至车站B下行区间开展，试验开关为车站C的牵引变电所212直流断路器（避免同一开关多次承受短路电流），短路点选择在车站A附近。

3.2短路试验接线方案

国内城市轨道交通的牵引网短路试验普遍采用的方法是：将牵引网与轨道短接后采用直接合闸的方法，短路电流使断路器保护装置动作，直流开关断路器跳闸切断向故障线路的供电。短路试验设备主要由直流开关断路器（设备本体断路器）试验控制装置、数据采集装置、牵引所控制保护系统等构成。

3.3 短路试验组织方案

（1）建设单位：负责本次接触网短路试验的总体组织、协调与指挥。

（2）运营单位：见证本次接触网短路试验过程，参与评估牵引供电系统相关设备承受短路故障的能力以及牵引供电系统保护装置的选择性、灵敏性、可靠性以及速动性。

（3）施工单位：负责编制接触网短路试验方案并交底。负责接触网络短路试验的组织及把控。负责接触网短路试验数据记录与录波。负责评估牵引供电系统相关设备承受短路故障的能力以及牵引供电系统保护装置的选择性、灵敏性、可靠性以及速动性，出具评估报告。负责接触网短路试验的安全隔离及防护工作。负责接触网短路试验短路点的接线工作（包括：挂、拆地线及接触网与钢轨的连接）。负责接触网短路试验的应急处置工作。

（4）设备厂商：负责自动重合闸、线路检测功能的退出与恢复以及继电保护整定值的确认与调整。负责合闸按钮引出接线，故障录波数据的采集以及试验过程中设备临时故障处理。

（5）设计单位：提供DC1500kV继电保护整定原则等技术文件。

（6）监理单位：监督接触网短路试验的安全防护工作。

3.4短路试验关键步骤

（1）变电组在接到总指挥下达的短路试验准备开始的命令后，将牵引所整流变压器退出运行并确认状态；然后協调相关厂家进行试验控制装置、数据采集装置、牵引所控制保护系统之间的试验接线，特别是要确认数据采集装置和试验接线连接正确无误；确认牵引所各类继电保护装置均按设计整定值整定并在投入位置。

（2）牵引网组在接到总指挥下达的线路已停电、开始工作的命令后，首先验电并确认线路无电，在线路电源侧悬挂临时接地线；将牵引网可靠接地，确认无误后，撤除悬挂的临时接地线，并向总指挥汇报，在远离牵引网短路试验点的安全位置待命。

（3）防护组接到总指挥下达的防护命令后，立即检查短路试验现场（牵引所与供电臂区间），将与短路试验无关的人员撤出试验现场并封锁试验现场。

（4）短路试验总指挥再次确认线路组人员全部撤到安全位置后，发出牵引网短路试验开始的命令，变电组按人员分工将试验控制装置、数据采集装置工作电源投入，观察装置工作无异常后，将牵引所整流变压器投入运行，观察电压正常后，启动试验控制装置合闸试验按钮，起动快速开关合闸将牵引网短路接地（钢轨）和牵引所上级断路器跳闸回路及数据采集记录装置。

（5）如果牵引所直流快速开关柜保护装置发生故障或继电保护动作整定值与实际短路电流值有偏差（大于实际值），开关柜保护装置将拒动或不起动，此时，试验控制回路的跳闸延时继电器延时后节点闭合，接通上级断路器跳闸回路，将断路器分闸，切除故障线路。数据采集装置将接触轨短路试验过程中接触轨线路电压、电流等参数的变化记录并储存。

4短路试验案例分析

以某城市轨道交通线路的单边远端牵引网对轨短路试验为例，该线路的直流馈线保护主要有电流速断保护、电流变化率保护、电流增量保护等，具体参数如表4-1所示。

（1）本次单边远端牵引网对轨短路试验测得电流峰值约为12801A，大于Imax保护的整定值：9000A；也大于△I保护的整定值：5000A、1ms。

（2）本次单边远端牵引网对轨短路试验测得短路电流增长率峰值约为603A/ms，大于di/dt 保护的整定值：40A/ms、30ms；也大于△I di/dt保护的整定值：60A/ms、1ms。

（3）由于△I的保护定值相比Imax的保护定值小，△I的整定时间相比di/dt的整定时间短，故△I保护先动作。

综上所述，本次短路试验直流开关动作正常，保护动作逻辑正确。

5 安全注意事项

因牵引网短路时的短路电流很大，根据以往测定的数值显示达到上万A，这将可能造成直流断路器的触头损伤，极端情况下保护设备拒动，会造成设备损坏危机人员安全，因此试验前各项安全检查及相关准备工作必须做到万无一失。

（1）按设计院提供的保护定值，调整、校验试验所用开关保护装置的定值。

（2）为了防止将接触网/接触轨烧毁或破坏，在指定的短路点用接地线把接触网/接触轨和钢轨短接，短接时应接一段辅助导线，该导线与接触线/接触轨连接应十分可靠，连接钢轨端时应对钢轨进行除锈处理，且连接牢固，避免连接处产生较大的接触电阻。

（3）为防止短路时保护设备拒动，造成设备损坏危机现场测试人员安全，参加测试的人员必须远离测试开关，试验前由设备供应商采用临时延长线方式，提前将参加试验设备的手动分、合闸操作按钮移至变电站中央信号屏处，并提前测试临时设置的操作按钮分、合闸操作可靠、有效。

（4）试验期间应安排操作人员站在变电站中央信号屏处，听从试验总指挥的命令，如发现短路时保护设备拒动，及时手动分闸以保护设备。

（5）试验期间应严格执行停送电施工规定和工作票制度。

（6）变电所内应严格控制人员，除试验人员及操作人员外，其余人员应远离试验区。

（7）试验所涉及的区间、隧道，均应按带电设备处理，且试验所涉及的区间、隧道内严禁有其他作业人员及其他动车施工进入此区域，试验开始前应做好清场及确认工作。

（8）短路试验应设立建立调度指挥机制，整个试验期间应严格执行统一调度指挥，所有人员均应严格按照指令进行工作。

（9）现场短路点30米内核心区域应做好防护措施。现场接地配合及监测人员总负责人应确认全部人员佩戴相关安全用具，完成现场接地及设立防护措施后全部远离短路点30米以外，方可向短路试验总指挥报告，并监视短路点情况。试验总指挥得到接地配合组及现场监测总负责人明确的可以送电的通知后，方发布可送电进行短路试验命令。

（10）短路点设置时严格执行接地线的使用规定：连接时，先接钢轨侧，后与接触网/接触轨侧连接；拆除时，先拆除接触网/接触轨侧，后拆除钢轨侧。

（11）试验完成后再得到试验总指挥试验结束命令后，应组织设备厂家及相关单位对变电站相关设备及接触网/接触轨的状况按照检修规程要求进行检查，确认变电站设备及接触网完好后方可进行接地线的拆除。拆除接地线时，先拆除接触网/接触轨部分，先撤离接地棒，后撤下接钢轨线夹。

（12）严格按短路试验操作程序和指令执行。确认全体人员及相关工器具、接地线等全部撤离现场后方可通知送电。

（13）短路试验后要应按照相关检修规程标准，打开直流断路器，检查灭弧罩、主触头、防电火花板等元器件是否受损，若影低于标准值应及时更换。

6 结束语

牵引网短路试验是对直流开关及其保护装置的性能以及牵引变电所内设备的安装和接线是否正确可靠的最直接的检测手段，在城市轨道交通供电系统投入运营前的联调联试工作中应开展这一项重要的试验。本文结合城市轨道交通建设工程特点，通过对测试过程进行了详细的分析研究，总结、归纳历年来测试工作中的经验和重要的安全注意事项，不但顺利完成了多条新建线路的测试，也为后续的联调联试工作顺利开展打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.地铁设计规：第十五部分供电：GB50157-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013：77.

[2] 上海申通地铁集团有限公司.上海轨道交通建设机电系统联调联试管理规定[R].上海：上海申通地铁集团有限公司，2014.

[3] 上海申通軌道交通研究咨询有限公司.上海轨道交通9号线三期东延伸综合联调评估报告[R].上海：上海申通轨道交通研究咨询有限公司，2017

（作者单位：上海地铁维护保障有限公司）