单轨车辆与地铁车辆试验线共用调试电源变电所设计特点

李建华 舒祎敏

单轨车辆与地铁车辆试验线共用调试电源变电所设计特点

李建华 舒祎敏

（重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，401122，重庆∥第一作者，高级工程师）

城市轨道交通车辆工厂的调试线需要使用直流牵引变电所。车辆工厂的调试线相比城市轨道交通运营线又有其自身的特点。车辆工厂的调试线牵引变电所相对运营线较为简洁，使用灵活。在同时生产地铁车辆与跨坐式单轨车辆的工厂，针对其直流电源调试变电所新建和改建工程，简述调试线相比运营线在牵引变电所方面的设计特点。

轨道车辆厂；地铁车辆；跨坐式单轨车辆；调试电源变电所

在“十三五”时期，我国将进入城市轨道交通建设大发展阶段，到2020年规划线路里程将超过10 000 km。伴随着城市轨道交通的发展，轨道交通车辆厂数量日益增多，规模逐渐扩大，技术不断更新，产量大大增加。随着重庆轨道交通2号线与3号线跨坐式单轨制式的轨道交通建成通车，单轨车辆产业也在我国悄然起步。部分轨道交通车辆厂在具备钢轮钢轨地铁车辆生产能力的情况下，又增加了单轨车辆的生产调试工艺线。长春客车厂是我国第一个具备单轨车辆生产能力的厂家，其又在重庆投资新建重庆长客厂，同时具备地铁车辆与单轨车辆的生产能力。青岛四方车辆厂也对其生产线进行改造，增加了单轨车辆的生产能力。本文讨论了车辆厂需要在原有地铁试验线的基础上增加单轨车辆试验的共用调试电源变电所的设计特点。

1 调试线变电所的分类及要求

根据车辆厂的调试工艺要求，设置了静调线和动调线。静调线即对车辆的辅助逆变器所属辅助回路的电气系统，如空调、照明、广播、视频等进行调试；动调线即在车辆生产组装完成后对整车在试车线上进行热滑试验。

车辆厂的静调线设置在车间内，线上铺设地铁车用的钢轨及其受流系统。如要调试单轨车辆，可利用假台车将单轨车推入静调线调试，因单轨车无法使用地铁车的接触网或三轨系统受流，因此只能采用电缆引入调试电源。而动调线单轨车和地铁车就只能分开设置。

动、静调试线都需要配置直流调试电源，且电源设计时应满足以下要求：①动、静调试线调试时互不影响；②在动调或静调调试线上，必须满足单轨车和地铁车对直流电源系统的不同要求；③需要满足在直流1 000~1 800 V电压范围内不同电压值下调试车辆的要求。

因此，动、静调试线直流电源变电所是合建还是分建，需要考虑以下情况：

（1）静调线仅为车辆辅助回路电气系统的调试，根据厂区工艺要求，一般仅调试一两列车，容量较小；动调线根据所生产的车型电机配置及最大编组情况考虑列车调试容量，容量要求很大。

（2）静调线调试的使用频率较大，而动调线的调试使用频率较小，仅在车辆出厂前进行一两天的热滑试验。

综上所述，如果共用一个变电所，静、动调试线同时使用，变压器容量需比单独设置动调线电源要大。由于单轨车与地铁车供电制式有所差异，动、静调试线同时调试时只能调试同一类型车辆，灵活性较差；而且多数时间仅为静调线调试，这样负载率太低，损耗很大，因此采用分建方案较为合理。

根据车辆厂提供的车辆参数和调试需求，一般静调线变电所整流变压器容量选择为400~800 kV·A，动调线变电所整流变压器容量为4 000~5 000 kV·A。

2 电压等级及整流机组接线方案

目前城市轨道车辆的电压等级主要是以750 V和1 500 V为主。考虑到调试两种电压等级车辆的需要，变电所整流机组直流输出端必须要有两种电压等级。主接线采用两套整流变压器组串并联的方式实现两种电压等级，单台机组额定电压为750 V（见图 1）。当闭合开关 201、202、203、204 且断开开关205时，两组整流机组形成并联工作状态，向直流母线输出电压750 V；当闭合开关201、204、205且断开开关202、203时，两组整流机组形成串联工作状态，向直流母线输出电压1 500 V。

图1 整流机组主接线示意图

目前，城市轨道交通车辆的电压等级以DC 1 500 V为主。根据车辆厂所面向的市场情况，如果只生产DC 1 500 V的车辆，出于节省投资，方便以后运行管理的目的，可采用单套DC 1 500 V的整流机组供电。

调试线与运营线的供电可靠性要求不同。运营线的供电可靠性直接影响市政客运交通，所以直流供电系统都为双电源供电，按一级负荷考虑。调试线供电系统即使发生停电故障，也可检修后再进行调试，影响较小，所以系统只考虑一路电源供电。变电所按三级负荷，有人值班设计。

3 直流侧主接线

由于单轨车与地铁车的供电制式不同，保护也有所不同，所以两种制式的车辆不能同时调试。因此，变电所为两种车型各馈出一路回路，相互独立。每回正极采用直流断路器，正负极用一台电动双极隔离开关起分断作用，见图2。

图2 直流侧主接线示意图

当调试地铁车辆时，闭合断路器301和隔离开关401，其他开关处于打开位置；当调试单轨车辆时，闭合断路器302、隔离开关402和205，其他开关处于打开位置。地铁车辆正极采用架空接触网或第三轨受流，采用钢轨作为负极回流，钢轨连接钢轨电位限制装置以保证钢轨电压在安全范围内，但根据车辆厂调试线的实际情况，也可以采用钢轨直接接地的做法。而单轨车辆正负极均采用轨道梁两侧的钢性接触网受回流，车体采用橡胶轮胎，轨道梁为水泥梁，对地完全绝缘，因此，单轨车系统增设车体接地板与64D漏电保护装置以应对车体漏电。针对单轨车辆与地铁车供电及保护的差异，在调试一种车型时必须保证另一种车型的供电回路断开。

4 保护设置与联锁联跳关系

由于调试线相比于运营线其线路较短，所以保护设置相比运营线保护有所简化。直流侧保护设置如下：

（1）直流断路器——大电流脱扣和过电流保护；

（2）地铁车辆调试线——由于线路和使用的特点，地铁车不设杂散电流防护系统，调试线设置钢轨电位限制装置或钢轨直接接地；

（3）单轨车辆调试线——设置64D漏电接地保护装置。

本系统的联锁联跳关系除了应用于运营线上牵引变电所的上网隔离开关与直流断路器、直流断路器与10 kV断路器、正极与负极隔离开关等基本联锁联跳关系外，还需增设单轨供电线路与地铁供电线路之间的联锁。

5 设备选型注意事项

（1）整流变压器选择：由于列车在运营线上的允许电压范围是在1 000~1 800 V之间，调试时为了测试列车在此电压范围内的性能，所以要求直流电源输出电压应该是可调的。考虑到目前整流变压器的生产工艺，变压器线圈抽头不宜太多，因此整流变压器二次输出电压选择五档调节，满足整流机组直流侧输出电压为1 000 V、1 250 V、1 500 V、1 650 V、1 800 V五档。电压调节采用停电后人工就地调换变压器抽头的方式。考虑到10 kV进线电压可能会有较大的波动，当进线电压高于或低于10 kV时，在直流1 800 V与1 000 V档供电时，输出电压会高于1 800 V或低于1 000 V，对车辆有所影响，因此可将直流电压1 800 V档的整流变压器二次电压适当调低，将1 000 V档适当升高。

（2）直流断路器选择：由于静调线的容量较小，直流断路器也需选择小容量的断路器。目前国内运营线上采用的断路器容量都相对较大，小容量断路器在选型上的选择性较小，订货周期也相对较长，对工程实施有一定的影响。

（3）隔离开关选择：一般由于工程期限的要求，静调线、64D等使用的小容量隔离开关皆采用大容量的产品替代。

6 改造注意事项

针对车辆厂需要在原有地铁车辆调试供电系统的基础上增加单轨车辆供电系统的情况，设计时需熟悉原有供电系统，并注意以下几方面问题：

（1）根据工厂需要生产的单轨车辆基本信息核算原直流系统供电容量，如容量不能满足要求，必须考虑扩容或新建。

（2）核实变电所设备安装条件，因新增单轨系统需增加直流柜、负极柜与64D柜等柜体，确认变电所有无安装位置。新增直流柜与原直流柜有无并柜安装条件，无条件安装时需考虑母线桥或电缆等连接方式。

（3）新增单轨供电系统能否完全隔离，使之不影响原有地铁系统的调试；原有地铁供电系统有无条件完全切除，不能影响单轨调试；如无条件，需增设开关。

（4）变电所二次控制方式应整体考虑，新增单轨系统能接入原有系统，或对原有系统进行改造升级。联锁联跳关系需统一考虑，并核实原有设备有无预留条件，否则需要改造扩充。

总之，在车辆厂调试线供电设计上，应与工艺、土建、车辆等专业设计统一考虑，处理好接口关系，根据车辆调试的要求，合理考虑静、动调试线变电所的设置。搭建单轨车辆与地铁车辆的直流电源系统，既要满足车辆调试功能需求，同时又要达到安全、可靠、方便、适用及节省投资等目的。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157—2013［S］．北京：中国建筑工业出版社，2013．

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.跨座式单轨交通设计规范：GB 50458—2008［S］．北京：中国建筑工业出版社，2008．

［3］ 中华人民共和国质量监督和检验检役总局.城市轨道交通直流牵引供电系统：GB/T 10411—2005［S］．北京：中国标准出版社，2005．

［4］ 许书铭，钱志遥，陈俊宏.台北大众捷运系统万大线车辆段的功能与创意［J］.都市快轨交通，2015，28（3）：54-59..

Design Features of the Shared Debugging Power Substation for Monorail and Subway Vehicle Testing Line

LI Jianhua，SHU Yimin

The debugging line of urban rail transit vehicle factory also requires DC power supply substation，which has its own characteristics compared with urban rail transit lines，including the simpler debugging power substation and flexible use.In this paper，the design and reform features of DC power supply substation in the factory specialized in the production of subway vehicle and straddle-type monorail vehicle are described.

rail transit vehicle factory；subway vehicle；straddle-type monorail vehicle；debugging power substation

U224：U270.8

10.16037/j.1007-869x.2017.11.021

Author′s address Chongqing Rail Transit Design and Research Institute，401122，Chongqing，China

2016-03-15）