电动越区隔离负荷开关柜在地铁牵引供电系统中的应用

刘立华

摘 要：针对传统地铁接触网供电系统中上网线路设备等故障时，越区开关在双边供电时因停电倒闸作业带来的列车暂停等运营问题，本文设计了一套在需要越区双边供电时而不停电带负荷操作装置，该装置的应用可大大节约现场操作人员劳动强度（隔离开关分闸、验电、等待、验电、挂地线）和节约宝贵的倒闸时间（从原有的半小时缩短到1分钟内）。通过该装置的应用可大大提高车辆正常运行带来的有利效益。

关键词：地铁;接触网;越区供电;带负荷操作

1引言

目前国内地铁多在牵引网电分段处设越区电动隔离开关或开关柜，以保证在牵引变电所因故障或检修解列时实行大小双边供电。因为越区电动隔离开关不能带负荷操作，双边供电需要协调相邻三个站的倒闸顺序，因此造成实现大双边供电的时间较长，影响列车的正常运行，对人员或地铁系统造成一定的负面影响。为了解决双边供电停电而不停电倒闸的情况，有项目在用直流快速断路器实现双边供电的方式，但直流快速断路器体积大、安装复杂、成本非常高、且无明显可见断口，同时更是存在隔离开距小的缺点;还有项目在用直流越区负荷开关来实现双边供电的方式，但是直流越区负荷开关也存在无明显的可见断口，隔离开距小等缺点，因此以上两种方案并未得到广泛应用，地铁牵引供电系统在实现双边供电时存在的操作时效性过长目前基本未得到有效解决。

2  概述

在地铁牵引供电系统中，为了从根本上解决因停电倒闸作业带来列车暂停运营的问题，为运营中电力调度操作带来便利性，往往会对越区开关或断路器做必要的操作联锁，一般都是采集上下级相关设备的位置接点，将它们接入联锁逻辑回路（电气闭锁，无机械闭锁），通过硬接线的方式实现联锁功能，这个过程中就需要大量的硬接线和中间或扩展继电器，对工程的实施、运营维护等会造成诸多的不便，另外长距离线路联锁势必造成线路的不稳定性，对线路、设备长期工作的可靠性等方面定会有所影响。电动越区隔离负荷开关柜在双边供电时可带额定负荷操作，可大大减少上下级设备之间的联锁关系及缩短了线路故障时需要投入越区隔离开关的作业时间等，节约了大量的人力资源，增加了双边供电运行的可靠性。

3  电动越区隔离负荷开关柜的的组成和工作原理

3.1 电动越区隔离负荷开关柜一次部分接线原理。电动越区隔离负荷开关柜一次接线图如上图所示：KM为直流接触器，可切断额定负荷电流;GK1、GK2为直流隔离开关，GK1与接触器串联，GK2与接触器并联;高压带电显示装置采集馈线与行走轨之间的电压，当采集电压超过额定电压40%时，输出相应节点与柜门电子锁闭锁。

3.2电动越区隔离负荷开关柜的布局结构。电动越区隔离负荷开关柜采用高压（一次）与低压（二次）隔离的布局结构。上门板室内为二次元件室，为前开门结构;下门板室内为一次高压室，一次室为前后开门型式。按钮、指示灯、转换开关、按钮等元件布置于柜体前门板上，接触器、中间继电器、接线端子、保护开关、可编程逻辑控制器（plc）等布置于二次元件室内，直流隔离开关GK1、GK2、直流接触器KM、加热器、高压带电传感器等布置于一次室内。柜内所装隔离开关及接地开关为一体化设计，除具有有效的电气互锁外，还具有机械闭锁，有利于提高操作的稳定性、节约空间。进出线接线端子置于柜体下部，方便电缆进出接线。

系统组成框图如下：仪表面板及主要构成元件包含以下几种：①.进出线带电闭锁装置：检测馈线与行走轨之间的电压，当检测电压高于设定值时，输出相应接点。②.指示灯类：指示隔开、接触器等元件的位置状态;③.分合闸按钮：进行分合闸操作;④.转换开关：切换选择越区隔离负荷开关柜的控制模式，分远方、手动、就地三檔位。转换开关在远方位不能就地操作，在就地位不能远方操作，在手动位，不能就地/远方操作;⑤.温湿度控制器：根据内部环境，实时检测、显示温度及湿度，并可根据实际值与设定值比较智能启动加热器或风机，进行加热或除湿;⑥.电子锁：当一次电压达到Ue的40%以上时，电子锁无法打开，反之可开锁。电子锁的设置是为了保障人身安全;⑦.可编程控制器（plc）：内部元件，操作过程的集中逻辑控制单元。

一次室内包含以下元件：①.直流接触器：分断或关合线路负荷电流。②.直流隔离开关：与接触器配合使用，实现带负荷分合闸操作。

3.3电动越区隔离负荷开关柜工作原理

电动越区隔离负荷开关柜的电动分合闸动作需通过主回路直流隔离开关GK1 、GK2和直流接触器KM之间的逻辑配合实现，逻辑顺序由可编程逻辑控制器控制，另外直流隔离开关GK1与GK2之间存在机械逻辑闭锁关系，无效操作将不被允许。

合闸过程：GK1先合闸，接触器检测到GK1合闸到位信号后吸合， GK2再合闸并将接触器短路，接触器检测到GK2合闸到位信号后断开，合闸动作完成;分闸过程：接触器吸合，与隔离开关GK2并联，GK2分闸，接触器得到GK2分闸到位信号后释放，然后GK1分闸。

由于直流隔离开关不具有切断负荷的能力，分合闸过程中非法的操作可能使隔离开关带负荷而造成设备损坏，故应严格按照操作规程操作。

4  电动越区隔离负荷开关柜在系统应用中的有益效果

电动越区隔离负荷开关柜将隔离开关与直流接触器有效结合，实现了集中控制，分断及关合负荷电流等功能，在系统正常运行时，利用直流隔离开关（GK1和GK2）具有明显隔离断口，保证人员操作安全。1.具备有效的电气及机械闭锁，能防止人为误操作造成的设备及人身事故;2.直接可带负荷操作，大大节约现场操作人员劳动强度（隔离开关分闸、验电、等待、验电、挂地线）和节约宝贵的倒闸时间（从原有的半小缩短到1分钟内）。3.极大减少了闭锁关系，避免出现传统模式下线路因联锁关系而出现的复杂性，节约了大量的工程资源成本，可靠性提升不少。通过该开关柜的应用可大大提高车辆正常运行带来的有利效益。

5  结论

本电动越区负荷隔离开关柜在目前已成功应用于上海浦东机场捷运项目，自投以来设备操作、运营稳定。本电动越区负荷隔离开关柜在实现性能指标的前提下，采用成熟技术设计，本文开发出一种可分断、关合额定电流的越区隔离负荷开关柜，为运营中电力调度操作带来了极大的便利和快捷，从根本上解决了因停电倒闸作业带来的列车暂停运营的严重问题，本电动越区隔离负荷开关柜的成功应用，改善了地铁运行方式，基本填补了行业空白，为新技术，新产品产业化打下了坚实的基础，为未来地铁供电系统指引了方向。