地铁线路残压过高无法正常送电故障及行车组织研究

肖 磊

(南京地铁运营有限责任公司,江苏 南京 211300)

1 线路特点

南京市山水城林融为一体,江河湖泉相得益彰,长江穿城而过,雨量充沛,春秋短、冬夏长,冬夏温差显著。南京地铁线路分布在南京市区及浦口、江宁、六合、溧水、高淳各区,城郊线路相结合,线路及客流特点差异明显,跨江、湖线路较多,接触网残压故障易受气温、温差、湿度等影响,易频繁发生于郊区线路秋冬季节。运输管理事业部南京南调度室控制着5条线路的运营,其中三号线比较特殊,基本都是地下的线路,其余线路均是郊区或高架地面车站较多的线路,受外界环境影响较大。

2 地铁接触网残压产生的原因(以机场线为例)

(1)分布电容。

正吉区间至吉印大道高架段接触网附近存在高压电缆。两个导体平行时会在导体间产生“分布电容”。尤其是高压电缆,高压电缆与接触网之间的空气都可能是个电容体,电容可以储能,就会产生残压。

电容计算公式为

C=ε×ε0×s/d

(1)

式中:C为电容;ε为相对介电常数;s为两级板正对面积;d为两极板间垂距离。

由于故障当晚该区段恰逢大雾天气,空气潮湿,相对介电常数比平日偏大,电容也相应增大。在高压电缆与接触网之间的空气中储存了比正常情况下更多的电荷,从而导致线路残压高过整定值,线路测试不通过。

(2)感应电压。

正吉区间至吉印大道高架段接触网附近存在高压电缆,如果高压电缆通有交变电流,该电缆周围就存在交变磁场。因为交变磁场切割静止的导线与导线切割静止的磁场是一样的(相对运动),因此处在该磁场中的接触网中会存在电势差,残压就此产生。

(3)数据分析。

目前南京地铁既有线路中,三号线与宁和线为市区线路,机场线、宁高线及宁溧线为郊区线路。2019年9—12月份接触网残压故障统计如图1所示。

图1 2019年9—12月份接触网残压故障统计

结论:接触网残压故障频发期为10—12月份;接触网残压故障较易发生在郊区线路;接触网残压故障易受天气及温度的变化影响。

(4)机场线残压影响送电实例。

南京地铁接触网供电系统架构如图2所示,其中编号三位数代表断路器开关,编号四位数且尾数为1是隔离开关,其余四位数编号均为越区开关。

图2 南京地铁接触网供电示意图

2019年11月20号机场线在夜间施工结束后送电,发生正吉区间213、214开关,吉印大道211、212无法合闸。具体经过如下。

11月20日2∶50～3∶50,气温7～8 ℃,部分地区有雾。2∶53电调执行程控全线送电。

2∶55程控执行完毕,正吉区间213、214开关;吉印大道211、212开关线路测试不通过未合闸;2∶59执行复归操作后,合正吉区间213开关,线路测试不通过;2∶59～3∶18期间试过分开刀闸后合断路器,均成功。合上刀闸后再合断路器则线路测试不通过。对分闸开关执行一次分闸操作后依然不能合上。3∶20分开吉印大道213开关;3∶20分开佛城西路211开关;3∶21合上吉印大道2113越区开关;3∶21合上佛城西路211开关,线路测试不通过;3∶29分开正吉区间211开关;3∶30合上正吉区间2113越区开关;3∶30合上正方中路213开关,线路测试通过合闸;3∶30～3∶34利用正吉区间2124开关对上行送电成功。并取消上下行越区方式,恢复正常双边供电。

3 故障处理措施

线路接触网停电后,停电区域送电时因残压较高,线路测试不通过,导致接触网无法正常送电,针对无法正常送电基本上电调有四种解决方案。

(1)越区送电。

如果越区送电成功,则取消越区操作后恢复正常供电方式。如果越区不成功,则利用越区开关执行相同操作,如果不成功即无法通过越区送电方式恢复送电。

(2)如果第一种方法不成功,调整线路测试整流电压值。

线路测试:SEPCOS在断路器合闸前进行线路测试,主要监测Ur母线电压,馈线电压Uf。防止断路器合到故障线路上,进行的对馈出回路电阻*的测试。Ur为母线电压,Uf为馈线电压,Uresidue为线路残压(150 V),Uflow为线路最小工作电压(1 050 V)。断路器合闸前进行线路测试的五种场景如图3所示。Rectifier voltage 为整流器进线电压,Feeder voltage为直流馈线电压。Feeder low为最低进线电压,Feeder residue为残压。

图3 断路器合闸线路测试

UrUflow,直接合闸。

Ur>Uflow,且Uf>Uflow,直接合闸。

Ur>Uflow,且Uf

图3中第3种、第5种场景均为闭锁断路器合闸。

南京南调度大厅的五条地铁线路通常线路测试整定值为600 V,当线路发生残压故障导致线路残留电压超过600 V后,线路测试将会失败,相关送电刀闸将无法动作,SCADA系统产生报警。电调建议高压在现场调Uresidue整定值:通知电调与高压专业工程师,由工程师提出临时修改定值,当残压低于Uresidue整定值时,即可通过线路测试方可正常送电。

(3)不可调整Uresidue整定值时则挂地线释放残压。

通知接触网专业到送电失败的接触网上挂地线,电调同行调确认送电失败区段,接触网到达就近车站登记临时作业,得到行调及电调同意后下轨行区作业。通过将存在残压的线路区间进行接触网挂地线,将残压导入大地释放残压,待残压释放完毕或达到整定值后,拆除地线后作业人员与触网保持安全距离,通过线路测试电调即可恢复正常送电。

(4)以上方法均不可用。

通知高压到达现场,电调远方进行数次送电操作,高压观察现场设备情况,确认设备无其他故障;接触网确认地线已拆,触网设备正常后,可通知高压通过SEPCOS将线路测试功能退出,电调控合送电。

4 相关预想及行车调整

(1)冬运或残压高发时期夜间施工原则上严格按照施工计划进行停电类施工,尽量不多停供电分区或取消部分停电施工。

地铁运营运管关于《运输管理事业部冬运防寒工作细化方案》中提到:①运营期间接到预警信息或突发恶劣天气时,值班主任应根据公司冬运防寒工作方案中施工取消条件的规定,结合实际情况,根据天气预警及压道安排提前做好施工作业调整。如接到供电专业汇报不适合停电施工,调度室及时确认后取消相关作业计划。

(2)夜间施工期间或施工结束送电期间出现残压故障第一时间汇报。

夜间施工期间出现供电故障,电调通知行调故障信息并通知专业,行调亦及时汇报值班主任及综调,防止故障信息传递闭塞,导致处理时间延长造成更大的影响。

(3)及时通知供电接触网和供电高压两个专业队伍到达现场。针对具体故障原因,一般多为刀闸故障或残压过高故障,为避免故障处置期间两个专业之间互相推诿或出现到达现场时间间隔较大,因此出现供电故障时,电调应及时通知接触网及高压两个专业均到达现场,协同处置,提高效率。

(4)做好越区供电的预想并做好配合调整。

正常工作状态下,正线接触网通过两个相邻的牵引变电所构成双边供电;当某个中间牵引变电所退出运行时,相关正线接触网由与该牵引变电所相邻的2个牵引变电所通过直流母线或纵向联络开关越区供电,构成大双边供电。采用直流母线构成大双边供电的优点是简单方便,容易实现,利用故障变电所的牵引母线将上下行接触网并联,改善了牵引网电压质量,缺点是当故障涉及故障变电所的直流母线或馈线开关时不再适用,当接触网某处再次发生短路故障时,可能引起多路馈线开关跳闸,从而扩大事故范围。

因此当出现残压送不上电故障,电调提供越区供电的方案时,行调应及时与电调确认需要配合的要求。在采用越区供电前,需将相邻的两个供电分区先停电再合相关刀闸开关后执行越区供电。然而越区供电的第二个弊端就是接触网某处再次发生短路故障时,可能引起另外两个相邻的好的供电分区发生跳闸,从而扩大事故范围。

(5)采用越区供电成功后,根据电调要求调整该区段的行车要求。

电压质量是作为考核电力系统运行质量的重要内容之一。供电电压主要受系统电压、供电线路导线线径、供电线路长度(供电半径)、用电负荷等因素影响。一般来说,系统电压一定,地铁供电接触网的直径一定,供电接触网线路越长,末端电压越低,电压质量越低。

当采用越区供电的区段,可能存在上下行线路同时有一列及以上的电客车同时启动或制动时,此时接触网末端的电压质量较低,造成后趟列车牵引力不够的现象出现。因此行调需调整线路上下行列车的间隔,可适当调整越区供电区段,同一时间点线路上下行只有一趟列车在牵引或制动,以确保列车能正常得电工作。

(6)当出现无法送上电或越区供电不成功,相关接触网供电区段中断,行调做好相关的行车调整。

根据《线网接触网分区失电应急处置指导书》相关要求,发生接触网分区失电时,需明确故障原因及现场情况,遵循“先通后复”的原则进行处置,严禁臆测。同一分区短期内连续出现跳闸失电时,无论“三检查,一限速”规定是否已执行,均做好小交路准备,不得将载客列车驶入跳闸的供电分区内,合理组织交路最大限度维持运营。遇同两条进路须同站台换乘时,需从以下几方面做好安全卡控:①行调做好监控根据行车间隔,做好邻站扣车,避免两列车同时进入同一站台;②列车进站前须停车鸣笛,凭车站人员引导手信号进站;③值班主任/调度长安排专人重点监控列车位置,并通过CCTV监控共用站台列车占用情况。

5 结 论

残压过高现象集中在每年11月至次年2月期间,气温突降、逢大雾天气易发生,并集中发生于临近水域、山丘的正线或车辆段,调度员班前应做好类似故障学习总结,当班期间做好充分预想,加强监控,夜间须加强对停送电作业情况关注,供电类施工尽量不延迟销点,为接触网送电早做准备。供电类施工结束,布置施工人员留守保障至送电成功,接报故障后行调及时与电调确认故障原因及影响,通知电调按就近原则优先安排正线接触网驻点班组前往处置,及时跟踪故障处置进展,做好与专业间配合,提高处置效率,减少对运营影响。