一种地铁不停电倒闸用直流越区负荷开关

2016-11-15蒋涛，李红

船电技术 2016年10期

关键词：分闸开关柜合闸

蒋涛，李红

一种地铁不停电倒闸用直流越区负荷开关

蒋涛1，李红2

（武汉地铁集团有限公司武汉 430070)

本文介绍了直流越区负荷开关的组成和工作原理以及它的优势，并介绍了越区负荷开关在地铁大双边供电不停电倒闸中的应用，同时记录了带载大双边倒闸时的最大电流和实验波形。

越区负荷开关大双边供电不停电倒闸负荷开关柜

0 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，以保证在牵引变电所因故障或检修解列时实行大双边供电。因为电动隔离开关不能带载操作，必须停止相应区段的供电，所以会导致停电倒闸作业带来列车暂停运营的问题。暂停运营需要调度协调三个站的倒闸顺序，造成大双边供电的时间较长，影响列车的正常运行[1]。

国外只有德国的RITTER公司有结合铜电解灭弧系统衍生出的可用于轨道交通的有载负荷开关产品。国内北京地铁城建院等单位也在寻求用电力电子器件并联在越区电动隔离开关两侧的方式，实现不停电倒闸，但没有实际应用。

1 概述

在直流牵引供电系统中，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，为运行中电力调度操作带来便利和快捷，往往会对越区电动隔离开关或直流快速断路器设置必要的操作联锁，一般通过采集相关联的直流断路器或电动隔离开关的位置结点，将它们接入联锁逻辑回路，物理实现大多是利用硬接线把所需要的开关位置引到越区隔离开关柜，在柜内利用闭锁继电器来实现越区隔离开关的联锁功能。因闭锁逻辑复杂需要大量的硬接线和继电器，对于工程实施以及运行维护都会带来很多的不便。同时，由于要依赖大量长距离的硬接线和继电器节点来构成电气联锁回路，其可靠性也必然会受到影响，很可能因某个环节出现问题而影响地铁的实际运营[2]。直流越区负荷开关采用两级触头结构，可以带载分合，这样就会减少大部分的联锁关系，增加了大双边运行的可靠性[3]。

2 负荷开关组成和工作原理

一种新型的直流越区负荷开关及其装置，负荷开关包括触头系统、灭弧室、吹弧装置和操作机构。触头系统包括主触头和弧触头，其中动触头为多触指结构，利于散热和弹跳小；静触头为自调整结构，利于增加超程。灭弧室主要由金属栅片、绝缘栅片、绝缘壳体组成，采用串联结构，可以大大缩小弧室体积，装卸方便，重量轻，灭弧性能好[4]。吹弧装置是为了解决分断临界小电流问题，采用自励激磁的一种装置。操作结构分电操结构和手操结构，结构可靠、技术成熟、合、分闸速度快。负荷开关的基本组成见图1。

图1越区负荷开关组成

越区负荷开关及其装置在武汉地铁3号线的挂网运行，能够实现变电所内任何一路馈出开关故障退出、或牵引变电所解列时的不停电倒闸切换及恢复正常供电，下面说明负荷开关的工作原理。

2.1电动合闸

电动合闸操作过程如下：首先确认负荷开关处于断开状态，然后旋转柜面合闸转换开关，控制闭合回路接触器使合闸电磁铁得电，电磁铁动作，操作机构通过连接件带动动触头至开关合闸，电动合闸完成。此时，合闸弹簧重新储能，为下次合闸做准备。

2.2电动分闸

首先确认负荷开关处于闭合状态，然后旋转柜面分闸转换开关，控制分断回路接触器使分励脱扣器线圈得电，电磁铁动作，操作机构通过连接件带动动触头至开关分闸，电动分闸完成，此时弹簧释能。

2.3手动合闸

操作负荷开关储能手柄至弹簧储能完成后，方可进行合闸操作。用手按下负荷开关面板上的合闸按钮，开关动作至合闸完成，开关指示显示合闸。

2.4手动分闸

用手按下负荷开关面板分闸按钮，机构脱扣轴脱扣，机构动作，反力弹簧带动触头至分闸动作完成，开关指示显示分闸。

3 越区负荷开关在地铁不停电倒闸中的应用

3.1 负荷开关大双边倒闸系统图

目前本直流越区负荷开关柜已在武汉地铁3号线东风公司站进行现场运行,位于东风公司站上行上网隔离开关室内，其分合闸可采用电动操作，也可手动操作。电网正常运行时，负荷开关保持在断开位置；当某一变电所故障或检修时，该站馈线柜和隔离开关断开，可在接触轨不停电情况下闭合故障或检修站越区负荷开关，完成变电所大双边供电操作，保证列车的不间断可靠运营。大双边供电不停电倒闸系统图如图2所示。

图2 越区负荷开关大双边供电不停电倒闸系统图

3.2负荷开关大双边倒闸现场实验

现场运行实验由地铁建设事业总部、地铁运营有限公司机电部和武汉712研究所共同组织，712所负责负荷开关柜的具体操作，但需供电值班人员允许并监督操作,712所和地铁运营公司负责记录试验数据，进行如下试运行测试项目。

3.2.1实验内容

最大电流：负荷开关柜分闸操作过程中，进、出线母排间出现的最大电流

过电压：负荷开关柜分闸操作过程中，进、出线母排间出现的最大电压

全分断时间：从负荷开关柜分闸线圈得电到负荷开关柜进、出线母排间电流为零的时间

燃弧时间：负荷开关柜负荷开关触头之间从拉弧到电弧完全熄灭的时间

电流：载流能力试验时，负荷开关柜进、出线母排间实时电流值[5]

温度：载流能力试验时，负荷开关柜进、出线母排间实时温度值

3.2.2 实验项目

3.2.2.1负荷开关空载大双边倒闸

夜间线路停运后，线上无机车，3号线沌阳大道站（A）、东风公司站（B）、三角湖站（C）750 V送电（供电公司申报封闭区间计划），此时进行空载大双边倒闸。断开B站相应的馈线柜断路器（701、703）和隔离开关（7011、7031），负荷开关7013执行合闸动作，动作正常，B站解列；负荷开关7013执行分闸动作，负荷开关分闸时间不超过5分钟，此为一个试验循环，时间不小于10分钟，试验应重复五次。全部试验循环完成后，5分钟内闭合B站相应的馈线柜断路器（701、703）和隔离开关（7011、7031），B站投入，邻站双边正常供电恢复成功。每次倒闸，装置应动作正常，记录负荷开关柜7013分断波形，测量负荷开关柜7013断口最大电流值、过电压值、全分断时间、燃弧时间，其中燃弧时间不超过200 ms。

3.2.2.2负荷开关载流能力试验（温升测试）

断开B站相应的馈线柜断路器（701、703）和隔离开关（7011、7031），负荷开关柜执行合闸动作，B站解列，对应区域投入大双边供电。大双边供电运行一个工作日，每隔半小时用测温试纸和无线测温仪测量负荷开关规定测试点的温升，记录对应电流值，测试点温升不超过60 K。

3.2.2.3负荷开关带载大双边倒闸

带载大双边实验时，分别选取上、下班高峰时间段进行测试。负荷开关柜执行合闸动作，动作正常，B站解列；负荷开关7013执行分闸动作，负荷开关分闸时间不超过5分钟，试验过程不小于10分钟。整个试验过程应重复十次。每次倒闸，装置应动作正常，记录负荷开关7013分断波形，测量负荷开关7013断口最大电流值、过电压值、全分断时间、燃弧时间，其中燃弧时间不超过200 ms。

3.2.3实验数据记录和波形

3.2.3.1实验电流记录

表1为大双边供电倒闸和大单边供电倒闸时相邻变电所的最大电流记录。

3.2.3.2实验波形记录

带载大双边不停电倒闸时，机车在上、下班高峰期间分别进行启动、加速、惰行、制动时的波形分别如图3~图6所示。

由实验的电流和分断波形可以看到，越区负荷开关的各项性能指标完全满足地铁大双边不停电倒闸的各种实际工况的应用，在现场极限电流8217 A电流的情况下，负荷开关也能够正常的分合，触头烧损可以忽略不计，燃弧时间远远小于200 ms，越区负荷开关。

表1大双边倒闸最大电流记录

图4 车辆加速时倒闸波形

图5 车辆惰行时倒闸波形

图6 车辆制动时倒闸波形

4 结论

本直流越区负荷开关在实现性能指标的前提下，采用成熟军用技术进行设计，本文开发出了一种以分断额定电流、关合短路电流的越区负荷开关为主成套的不停电倒闸越区负荷开关装置，为运行中电力调度操作带来极大的便利和快捷，从根本上解决了因停电倒闸作业带来列车暂停运营的问题。本越区负荷开关柜的成功应用，改善了地铁运行方式，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。