城市轨道交通供电系统功能核验测试方案研究

程泽华 张凌云 黄明暘

摘 要：供电系统是否可靠，直接影响城市轨道交通运营安全和服务质量。交通运输部交办运[2019]17 号文明确要求供电系统需完成功能核验测试。文章通过研究供电系统功能核验测试方案，并通过对呼和浩特市轨道交通 1 号线一期工程供电系统开展功能核验测试进行验证，总结分析城市轨道交通供电系统功能核验测试方案的必要性及可行性。

关键词：城市轨道交通;供电系统;功能核验测试

中图分类号：U223

1 研究背景

城市轨道交通以其较大的运输能力、较高的准时性和舒适性，得到广大民众的高度认可，成为居民日常出行的首选公共交通方式。城市轨道交通车辆、信号、供电等系统各自运行、相互配合、密切联动，保障列车的安全运行。供电系统作为列车运行的动力源，在城市轨道交通安全运行中发挥着不可替代的重要作用。为确保城市轨道交通的安全运行，交通运输部交办运[2019]17号文《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范第1部分：地铁和轻轨》[1]第四十条提出对供电系统进行功能核验的明确要求，交通运输部交运规[2019]1号文《城市轨道交通初期运营前安全评估管理暂行办法》[2]第四条也明确规定：未通过初期运营前安全评估不得投入初期运营。

2 供电系统概述

城市轨道交通供电系统主要包括牵引供电系统、动力照明系统和电力监控系统等。供电系统为城市轨道交通提供能源和动力，保障用电设备发挥各自的功能和作用，从而确保城市轨道交通安全可靠运营。

2.1 牵引供电系统

牵引供电系统为动车组提供电能，是列车运行的动力保障。牵引供电系统主要由牵引变电所、馈电线、牵引接触网（轨）、回流线等组成。城市轨道交通牵引供电系统示意图如图1所示，集中式供电在城市电网（外部电源）和牵引变电所之间设置有主变电所，负担各自供电分区的牵引负荷和动力照明负荷。为保证供电的可靠性，通常设置2座或2座以上的主变电所，由2路独立电源供电，内部设置2台相同的主变压器，将城市电网的高压110 kV（或220 kV）降压为10 kV（或35kV）并通过中压供电网络为沿线各变电所供电。牵引变电所将电力系统引入的AC 10 kV（或35 kV）变换成DC1500 V（或DC 750 V），通过馈电线送至接触网为列车供电。线路正常运行时，各供电区间均由相邻牵引变电所双边供电，当任一牵引变电所解列时，由相邻变电所进行越区供电。

2.2 动力照明系统

动力照明系统由降压变电所、照明及低压配电系统等构成，为调度指挥、通信信号、旅客服务等业务提供可靠的电力保障。降压变电所将主变电所提供的AC10kV（或35kV）降压为AC 380/220V，通过低压配电系统给车站、区间的动力、照明等不同负荷分级的设备供电。

2.3 电力监控系统

电力监控系统（PSCADA）是以计算机为基础的变电所控制与调度自动化系统，通过计算机通信、网络等技术对变电所现场的运行设备进行监视与控制，以实现数据采集、设备控制、参数调节以及信号报警等各项功能，可提高变电所运行效率和管理水平。

3 供电系统功能核验测试方案

3.1 功能核验要求

3.1.1 主变电所支援供电能力

为了验证供电系统主变电所的主变压器容量、可靠性、稳定性及设备功能是否满足设计要求，需检验在一座主变电所全部失电的情况下，采用另一座主变电所进行支援的供电模式，测试主变电所支援供电能力是否符合设计要求。当一座主变电所因故解列时，剩余主变电所应能承担全线的动力和照明一、二级负荷及牵引负荷，主变电所主变压器总负荷功率应小于设计容量。

3.1.2 牵引接触网（轨）越区供电能力

GB 50157-2013《地铁设计规范》第15.2.8条规定，当正线的中间牵引变电所退出运行时，应由相邻的2座牵引变电所依靠2套牵引整流机组的过负荷能力实施大双边供电。因此需测试牵引接触网（轨）越区供电能力是否符合设计要求。大双边供电时，DC 750 V和DC 1500 V牵引供电系统电压波动范围分别为500～900 V和1000～1800V。牵引整流机组的负荷特性见表1。

3.1.3 變电所 0.4 kV 低压双电源自动切换功能

自投是指当其中一路电源出现问题时，双电源开关自动切换到备用电源。降压变电所0.4 kV侧为单母线分段接线形式，正常运行时0.4 kV母联断路器断开，2台动力配电变压器分列运行。当一台动力配电变压器退出运行时，切除三级负荷，0.4kV母联断路器自动合闸，另一台动力配电变压器负责本站一、二级负荷的供电。备自投自动切换功能、切换过程的动作次序和时间以及电能参数、三级负荷回路的切除等应符合设计要求，即0.4 kV低压双电源实现自动切换，三级负荷回路切除母联断路器自动合闸，另一台配电变压器的功率低于设计容量。

3.1.4 PSCADA系统遥控、遥信、遥测和遥调功能

GB 50157-2013《地铁设计规范》第15.6章节规定，PSCADA系统功能应包括遥控、遥信、遥测、遥调，并应符合遥控命令时间≤3 s，遥控及遥信正确率≥99.9%，遥测综合误差≤1.5%等规定。

3.2 功能核验测试方案

3.2.1 相邻主变电所支援供电测试

2座及2座以上主变电所的线路，对拟退出主变电所相关开关设备及继电保护作预定操作，将其两段35kV母排上除环网馈线外的其他馈线开关全部分闸，退出运行且母线系统正常，操作环网联络开关由相邻主变电所支援供电，12列电客车按照3 min间隔运行。记录相邻主变电所主变压器功率、各站设备运行情况及各站供电系统有无报警、跳闸等情况。

3.2.2 牵引接触网（轨）越区供电测试

模拟解列正线1座牵引变电所，进行左右相邻牵引变电所供电的倒闸操作，实现对解列牵引变电所供电区段进行大双边供电，2列超载电客车在包括测试区段在内的正线上下行往复运行（制动、通过、启动）。测试过程中需记录大双边供电时的牵引电压和电流。

3.2.3 变电所 0.4 kV 低压备自投测试

任选1座车站降压变电所，在正常运行状态下，模拟Ⅰ段动力变压器的温控跳闸继电器动作，Ⅰ段动力变压器的35 kV（或10 kV）断路器跳闸失電，0.4 kV的Ⅰ段进线断路器跳闸，0.4 kV的Ⅰ段母线失电，同时0.4kV母线三级负荷断路器自动分闸。经延时2～3s后，0.4kV母线联络断路器自动合闸，0.4 kV的Ⅰ、Ⅱ段母线均通过Ⅱ段动力变压器供电。合上Ⅰ段动力变压器的35 kV（或10 kV）断路器，Ⅰ段动力变压器送电，0.4kV母线联络断路器自动分闸，Ⅰ段进线断路器合闸，0.4 kV的Ⅰ段母线由Ⅰ段动力变压器供电，同时0.4 kV母线三级负荷断路器手动或自动合闸，系统恢复。测试过程中需记录测试操作过程和Ⅱ段动力变压器功率。

3.2.4 PSCADA系统功能测试

PSCADA系统操作人员利用信号光字屏对中压及以上电压等级的断路器、隔离开关进行远程合闸、分闸，并与现场设备对照开关状态及电气量信息。现场设备厂家进行确认，通过对讲机汇报设备动作结果及状态信息。测试结束后恢复设备原状态，测试过程中需记录设备动作及状态。

4 供电系统功能核验测试方案工程验证

4.1 工程概况

呼和浩特市轨道交通1号线一期工程供电系统采用集中式、110/35 kV两级电压供电方式，牵引供电系统和动力照明配电系统共用35kV中压网络，设有西龙王庙及南店2座主变电所，正线设置9座牵引降压混合所，11座降压变电所。PSCADA系统集中控制变电所内二次设备，并集成于综合监控系统。

4.2 测试方案验证对呼和浩特市轨道交通1号线一期工程进行供电系统功能核验测试，测试记录表如图2所示，测试结果如下。

（1）由南店主变电所支援西龙王庙主变电所供电，主变压器功率分别为30994 kVA及30987 kVA，小于南店主变电所 2×50 MVA变压器设计容量，相邻主变电所支援供电测试记录表见图2a，结果符合设计要求。

（2）解列艺术学院牵引变电所，由新华广场及内蒙古博物院牵引变电所进行越区供电，接触网电压<1800V，牵引接触网越区供电测试记录表见图2b，结果符合设计要求。

（3）选取孔家营站降压变电所进行测试，三级负荷回路成功切除后，0.4 kV母联断路器自动合闸，变电所0.4 kV低压备自投测试记录表见图2c，配电变功率符合设计要求。

（4）选取西二环路站、新华广场站及白塔机场站进行测试，可通过PSCADA遥控35 kV、0.4 kV开关柜内断路器、电动负荷开关及电动隔离开关，并能收到状态信息及各类电器参数，PSCADA功能测试记录表见图2d，结果符合设计要求。

上述结果表明，测试方案满足交通运输部交办运[2019]17号文中对供电系统功能核验的要求，方案可行。

5 结束语

供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，没有供电系统的安全可靠供电， 就没有城市轨道交通的正常运行。城市轨道交通初期运营前对供电系统进行功能核验，是检验供电系统可靠性、稳定性的必要措施，更是后期城市轨道交通安全运营的重要保障。因此，对供电系统功能核验测试方案进行后续优化研究仍具有重要意义。

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收稿日期 2019-12-19

责任编辑 宗仁莉