轨道交通中直流开关故障调度处理浅析

王磊

摘 要：简要介绍无锡地铁的直流牵引供电系统，剖析直流牵引馈线开关故障跳闸情况，梳理总结了一套故障调度处理思路，并针对目前无锡地铁电客车的集电靴存在的不足之处，提出较为合理的完善改进措施，提高了故障处理的效率。

关键词：接触轨;城市轨道交通;直流馈线开关;故障跳闸;故障处理;集电靴

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

0 引言

全国多个城市的轨道交通行业都在蓬勃发展，无锡地铁的3号线一期也在2020年如期而至，为广大市民提供了更多的出行选择。在轨道交通行业中，直流牵引供电系统担任着极其重要的角色，其相关设备应满足自动化需求。而在运行中发现，直流馈线开关故障跳闸的情况屡有发生，该故障可能会造成严重影响，甚至中断列车运行，为了尽可能缩短接触轨故障的停电时间，减小对客运服务运行影响。作为电力系统运行的调度人员，要充分利用设备特性，积累运行经验，总结出安全、高效的故障调度处理方式、方法。设备设计并非毫无缺陷，也有电客车集电靴无法自动收放影响故障调度处理的问题存在，通过对现场设备多方面分析，设想出完善建议，从而能进一步提高故障调度处理效率。

1 无锡地铁直流牵引系统概述

1.1 无锡地铁直流系统设备组成

无锡地铁的每个牵引降压混合变电所都设有两套整流设备，由35 kV整流变压器和整流器组成，整流变压器（主要作用是变压，将35 kV交流电降低为1 180 V交流电）高压侧并接于35 kV同一段母线，两组整流器DC1500V侧馈出至同一母线（单母线不分段方式），这两套整流机组运行方式为并列运行，并产生等效24脉波的直流电，通过馈线柜将DC1500V直流电供至接触轨，正线运营列车由集电靴从第三轨受电，后经过钢轨以及回流电缆回流至牵引变电所的负极柜中，这样便形成了完整的电流回路。

该系统组成部分及主要设备为整流机组、DC1500V直流馈线开关、接触轨、钢轨、回流电缆、均流电缆、钢轨电位限制装置、负极刀闸等。

1.2 正常及异常运行方式

在地铁列车正常运行的情况下，正线接触轨由接触轨两端相邻的牵引变电所提供列车牵引电源，即正线接触轨双边供电;车辆段、停车场接触轨由场段内的牵引变电所提供列车牵引电源，即场段接触轨单边供电。

当地铁正线除了两端的一座牵引变电所因故障或其他原因退出运行后，通过远方或就地合上越区刀闸，由相邻两座牵引变电所对影响的接触轨供电区域实现“大双边”越区供电。

当地铁正线两端站牵引变电所因特殊情况无法运行，其对应接触轨区域由邻接牵引变电所实现单边供电;当受影响的供电区域与停车场或车辆段牵引变电所相连，则可以通过场段的牵引变电所对受影响区域构成“大双边”供电。

当车辆段、停车场牵引变电所退出运行，由于场段的接触轨区域为单边供电，则可通过合上越区刀闸，由相连正线牵引变电所向受影响的车辆段、停车场接触轨越区供电。

在正常情況下，无锡地铁牵引变电所的两套整流机组的运行方式为并列运行，当其中一套因特殊情况不能正常运行时，另一套整流机组保持正常运行，并由相关人员严格监视设备情况;当运行的单套整流机组又出现异常时，必须立即将其退出运行，并将故障设备与正常设备隔离。

1.3 无锡地铁直流牵引供电能力

单边供电时，一个直流牵引供电分区最多只能有2列列车同时启动。

大双边供电时，两个越区相连的直流牵引供电分区最多只能有4列列车同时启动。

如果区间内有更多的车辆，应对其下达启动顺序，避免直流馈线开关因多次列车同时启动导致电流叠加发生跳闸。

考虑受到牵引系统电压及钢轨电位的限制，单边供电方式一般需要对行车密度进行限制，同时单边供电方式能耗较大，因此在现有条件允许实现大双边供电的情况下，尽量不采用单边供电方式。

2 直流跳闸故障处理

2.1 原则

防止牵引供电系统的故障扩大，防止造成更大影响，消除或隔离故障的根源，快速解除故障对人身和设备可能造成的安全威胁。

缩减牵引供电系统停电时间，尽可能保持接触轨供电和设备持续运行。

2.2 故障类型

直流馈线开关保护动作跳闸，除低电压保护、热过负荷保护其它保护出口动作均可视为线路故障（低电压保护、热过负荷保护为系统不正常工作状态引起），直流馈线线路故障可分为三类五种情况。

三类：直流馈线开关本体故障、接触轨+馈线部分刀闸静触头、直流馈线短电缆+馈线刀闸动触头。

五种：主跳、联跳所开关本体故障、主跳、联跳所直流馈线短电缆+馈线刀闸动触头故障、接触轨+馈线刀闸静触头。

2.3 处理思路

牵引供电是为了提供列车运行的动力能源，因此当接触轨停电以后，要第一时间通知列车监控人员，方便及时采取相应措施：阻止列车进入接触轨停电区域;安排停电区域区间正在行驶的列车尽量惰行至前方车站，其他列车调整为休眠状态。

开关跳闸后，故障与电源并未隔离，要及时操作将电源与故障点进行隔离，使两者间产生明显断开点。

故障处理原则要缩减系统停电时间，根据故障现象通过试送电方式及时恢复接触轨供电。

接触轨是否恢复供电，都要及时通报，方便后续行车调整及乘客组织。

因此直流馈线开关故障跳闸后，基本处理思路是：通报信息 隔离故障 调整供电方式 通报信息 跟进总结。

3 存在问题及改进建议措施

无锡地铁目前参与运营的电客车取流部件即集电靴未设置自动收放功能，当直流馈线开关故障跳闸后，虽电客车已进入休眠，但集电靴与接触轨并未隔离，即与故障设备未形成物理断开点。

如果故障原因为电客车高速断路器至集电靴间线路（如图1所示）故障接地导致直流馈线开关跳闸，接触轨并无故障，但仍无法恢复送电。

电客车的故障集电靴不能及时收起就无法被救援工程车牵引途经有电区至存车线或回场段，因为会导致其它供电分区接触轨开关跳闸失电，扩大了故障范围。

若采用人工手动收起集电靴，六节编组的电客车共有20个集电靴，该操作耗时耗力，在故障发生的紧急关头严重影响故障处理效率。

建议：（1）后续用于三轨供电的电客车生产改用可自动收放集电靴设计;（2）对现有电客车的集电靴进行可自动收放升级改造。这样轨、靴故障可清晰判断并及时处理，大大缩短了故障停电时间，将故障对运营影响降到最低。

参考文献：

[1]刁心宏，李明华.城市轨道交通概论[M].

[2]李建民.城市轨道交通供电[M].

[3]刘学军.继电保护原理[M].