城市轨道交通牵引网上网组合开关柜方案研究

杨镇华，葛 洲

（1. 中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031；2. 深圳地铁建设集团有限公司，广东深圳 518026）

城市轨道交通线网发展迅速，近年来，随着人工智能技术的不断发展，无人驾驶、智慧运维等先进技术逐渐得以应用，同时，城市轨道交通系统中各子系统对供电的安全可靠性提出了更高要求。因此，当牵引变电所出现故障时，应尽量缩短牵引供电系统切换时间，提升牵引供电系统的可靠性，以减少列车停运时间。

1 牵引供电方式

目前，我国绝大部分城市轨道交通工程均采用直流牵引供电制式，供电系统主接线如图1所示，各牵引变电所通过直流快速断路器馈出4回DC1500V出线（部分站点需额外设置2路馈线至车辆段或停车场）。 正常运行时，正线牵引网由相邻的牵引变电所双边供电；当正线任意一座牵引变电所解列时（端头牵引变电所除外），由正线相邻的牵引变电所通过解列牵引变电所对应的越区隔离开关或DC1500V母线越区大双边供电；当端头牵引变电所解列时，由相邻的牵引变电所通过解列牵引变电所对应的越区隔离开关或DC1500V母线越区单边供电。

2 上网隔离开关设置方案

图1 供电系统主接线图

目前国内牵引网上网隔离开关设置主要有2种方案：①变电所内设置方案，采用上网隔离开关柜安装于牵引变电所内，主要应用于接触轨受流；②变电所外设置方案，采用户外型的三联装隔离开关安装于车站端头井的隧道壁上或高架区段接触网立柱的上网点处，主要应用于接触网受流。

2.1 变电所内设置方案

为便于运维管理，同时受区间安装条件的限制，接触轨供电方式的线路采用2台上网隔离开关和1台越区隔离开关集成在1个开关柜内，安装于牵引变电所房间内，利用出线电缆接至接触轨上网点，如图2所示。

该方案极大的避免了轨行区金属粉尘及湿气对设备的影响，从而提高了运行可靠性；同时也便于施工和运营维护，无需占用轨行区的作业时间，提高了工作效率。但根据GB 50157-2013《地铁设计规范》要求，牵引网的上网点应设置在列车进站端，因此导致上网电缆的长度增加，按30 km的线路设置10座牵引变电所估算，因上网电缆长度变化将导致建设投资增加数百万元。此外，若该区段的电缆故障，不仅导致对应站点无法为牵引网供电，还会导致牵引网无法实现越区供电，对运营抢修带来一定的风险。

2.2 变电所外设置方案

目前国内采用接触网供电方式的线路绝大部分都采用户外型的三联装隔离开关，将上网隔离开关和越区隔离开关安装于车站端头井的侧壁上，再从隔离开关出线接至接触网上网点，如图3所示。

该方案可就近布置上网隔离开关，从而极大减少上网电缆的长度，降低因电缆故障导致的系统故障。但由于设备安装于轨行区侧壁，列车运行时将产生大量的金属粉尘，同时隧道内潮湿环境对设备的影响极大，因此，需缩短设备的维护周期，极大地增加了运营维护工作量。其次由于检修和巡视均需占用轨行区作业时间，大大降低了工作效率。

3 上网组合开关柜

3.1 方案设置

为实现牵引变电所双边供电到大双边供电不停电的切换需求，越区开关采用直流快速断路器的上网组合开关柜方案，如图4所示。在牵引变电所内设置2组牵引网上网组合开关柜。

牵引网上网组合开关柜由3台两工位电动隔离开关与1台直流快速断路器组成，并将其集成在1个组合柜体中，分别负责为上行和下行的4个供电分区供电，如图5所示。

图2 上网隔离开关变电所内设置方案布置示意图

图3 上网隔离开关变电所外设置方案示意图

图4 上网组合开关柜方案示意图

图5 上网组合开关柜布置示意图

3.2 运行方案

上网组合开关柜运行方案如图6所示，牵引供电系统的运行方式可分为双边供电、大双边供电和单边供电等几种不同的运行工况。

（1）通常情况下采用双边供电模式，越区隔离开关处于常闭，越区直流快速断路器处于常开，牵引网由相邻的牵引变电所双边供电。

（2）当由整流器或其上级设备故障导致牵引变电所 B 解列时，可以与传统方式一样，无需倒闸开关，利用直流母线及直流馈线断路器直接实现牵引变电所A与牵引变电所C间牵引网的大双边供电。

（3）当直流母线或直流馈线断路器发生故障导致牵引变电所B解列时，无需将牵引变电所A与牵引变电所C间的牵引网停电，只需将牵引变电所B对应的馈线断路器分断后，直接合闸对应组合开关柜中的越区直流快速断路器，实现牵引变电所A与牵引变电所C间牵引网的大双边供电，从而实现牵引网不停电运行方式的转换。

图6 组合开关柜运行方案示意图

（4）当牵引变电所B故障恢复后，同理，也无需先将牵引变电所A与牵引变电所C间的牵引网停电，直接分闸牵引变电所B对应组合开关柜中的越区直流快速断路器，退出牵引网的大双边供电，恢复到正常的双边供电即可，从而实现牵引网不停电运行方式的转换。

上网组合开关柜方案目前已在深圳地铁6号线首次全线采用，现场安装情况如图7所示。

图7 上网组合开关柜现场安装情况

3.3 优化建议

结合目前可视化接地系统的设置方案，对现有的上网组合开关柜进一步优化处理。以牵引变电所A为例，将传统的两工位上网隔离开关替换为带可视化接地功能的三工位隔离开关，从而实现可视化接地系统的相关功能。即新型的上网组合开关柜由2 台带可视化接地功能的三工位电动隔离开关、1台两工位隔离开关和1台直流快速断路器组成。

其次在设备布置上，为缩短上网隔离开关至牵引网上网点的距离，提高越区供电的可靠性，并考虑运营检修的便利性和提高工作效率等因素，遵循就近原则，上网组合开关柜A、B分别安装在车站两端的牵引变电所和跟随变电所内，如图8所示。

图8 优化后上网组合开关柜布置示意图

4 结语

采用新型上网组合开关柜方案可以在牵引网不停电的情况下方便地实现牵引网大双边与小双边供电方式之间的转换，确保了牵引网持续、稳定、可靠地为列车提供电源，提高了直流牵引供电的安全可靠性。优化后的方案不仅节省了工程投资，还大大提高了运营维护的工作效率，具备更好的实用性，可广泛应用于目前各城市轨道交通工程的建设中。