張?jiān)乞q

摘 要： 隨著經(jīng)濟(jì)和各行各業(yè)的快速發(fā)展，智能牽引供電系統(tǒng)由牽引供電設(shè)施、供電調(diào)度系統(tǒng)、開(kāi)展了牽引變電所備自投和以供電臂為單元的自愈重構(gòu)研究，故障時(shí)如何盡量縮小停電范圍和快速恢復(fù)供電，需開(kāi)展深化研究工作。接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)是SCADA遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)控?cái)?shù)量較多的高壓設(shè)備，是故障排查及切除、自愈重構(gòu)的接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備，目前高鐵接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)存在雷電故障及拒動(dòng)、誤動(dòng)、開(kāi)關(guān)位置誤顯示等遠(yuǎn)動(dòng)控制問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)的研究主要集中在故障分析及解決措施等方面，缺少接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)服役狀態(tài)方面的研究。

關(guān)鍵詞： 高速鐵路;牽引供電;自愈重構(gòu)

【中圖分類(lèi)號(hào)】U223.6 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）04-0201-01

引言：智能牽引供電系統(tǒng)的自愈重構(gòu)屬于高鐵供電應(yīng)急工作，具有不同于智能電網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵及模式。通過(guò)分析目前牽引供電系統(tǒng)的自愈重構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)，提出以接觸網(wǎng)供電分段為單元的自愈重構(gòu)模式，以縮小停電范圍和快速恢復(fù)供電為原則，以提高動(dòng)車(chē)組運(yùn)行保障能力為目標(biāo)，進(jìn)行快速自愈重構(gòu)技術(shù)研究。

1 交流供電系統(tǒng)自愈特點(diǎn)

城市軌道交通交流供電系統(tǒng)由多個(gè)供電分區(qū)組成，各個(gè)供電分區(qū)采用單側(cè)電源供電的多變電所環(huán)串結(jié)構(gòu)，不同供電分區(qū)可通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)電纜實(shí)現(xiàn)相互之間的支援供電，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得交流供電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的韌性?，F(xiàn)針對(duì)該運(yùn)行方式下不同故障的自愈特點(diǎn)進(jìn)行分析。當(dāng)發(fā)生K1點(diǎn)環(huán)網(wǎng)故障后，跳開(kāi)304、402開(kāi)關(guān)，完成故障的切除和隔離，合上400開(kāi)關(guān)便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恢復(fù)供電;當(dāng)發(fā)生K2點(diǎn)母線故障后，通過(guò)402、404、502開(kāi)關(guān)的跳開(kāi)實(shí)現(xiàn)故障的切除和隔離，由于變電所4的II母故障，合上站內(nèi)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)400，不僅不會(huì)使II母供電恢復(fù)，還可能將故障范圍擴(kuò)大，所以應(yīng)合上500開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)下級(jí)站的供電恢復(fù)。由于在支援供電方式下被支援的供電分區(qū)潮流方向發(fā)生變化，因此當(dāng)同樣發(fā)生K1點(diǎn)環(huán)網(wǎng)故障時(shí)，應(yīng)通過(guò)合上變電所3母聯(lián)開(kāi)關(guān)完成系統(tǒng)自愈;當(dāng)發(fā)生K2點(diǎn)母線故障時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)404、402、304的動(dòng)作將故障切除和隔離，合上變電所3內(nèi)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)下級(jí)變電所II母的供電恢復(fù)。

2 智能牽引供電系統(tǒng)的自愈重構(gòu)模式

2.1 引供電系統(tǒng)的自愈控制模式

目前我國(guó)高鐵的牽引變電所、分區(qū)所及AT所的變電設(shè)備均具有自愈能力。主要變電設(shè)備均采用固定備用或互為備用的運(yùn)行方式，可采取定期檢修的模式預(yù)防故障，并且智能化水平較高，就地保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)較完善，發(fā)生故障時(shí)可快速切換。因此，變電設(shè)備應(yīng)采用自愈控制模式，當(dāng)所內(nèi)發(fā)生單點(diǎn)故障或小范圍故障時(shí)，應(yīng)快速診斷、隔離故障并恢復(fù)至正常供電狀態(tài)，避免對(duì)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行產(chǎn)生影響。當(dāng)變電設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致整所或整個(gè)供電臂退出運(yùn)行時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自愈，需要采用故障重構(gòu)模式。在牽引供電系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)是高鐵沿線架空設(shè)置的供電設(shè)施，為動(dòng)車(chē)組供電。接觸網(wǎng)無(wú)備用運(yùn)行，因此不具備自愈能力，接觸網(wǎng)故障時(shí)采用故障重構(gòu)模式。

2.2 供電系統(tǒng)接地方式的選擇

供電系統(tǒng)接地方式的選擇，亦是市域鐵路供電系統(tǒng)的一大難題。一般系統(tǒng)接地分中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地3種方式。當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容的電流不大于10A時(shí)，應(yīng)采用不接地系統(tǒng);當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流不大于150A時(shí)，可采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式;當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流大于150A時(shí)，明確接地方式后，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需計(jì)算的中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的接地變壓器容量是不可忽略的一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，市域鐵路低電阻接地方式的接地電阻按單相接地電流不大于400A考慮，接地變壓器容量按照IEEE-C62.92.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的變壓器10s的允許過(guò)載系數(shù)為額定容量的10.5倍計(jì)算，由于通過(guò)接地變壓器中性點(diǎn)的短路電流為400A，流過(guò)接地變壓器各相繞組的短路電流為133A，則通過(guò)計(jì)算得到接地變壓器的短時(shí)容量為4849.6kVA，額定容量為462kVA，故選用500kVA接地變壓器。

2.3 線路網(wǎng)隔開(kāi)防護(hù)設(shè)備的接地

線路上新增的防雷設(shè)備、設(shè)備箱/盒等，可就近接入鐵路綜合接地系統(tǒng)。在沒(méi)有鐵路綜合接地系統(tǒng)的線路，設(shè)置獨(dú)立接地裝置，接地電阻不大于1Ω。防雷箱接地線采用線徑不小于16mm2的多股銅線，其他設(shè)備箱盒接地線采用線徑不小于6mm2的多股銅線。

2.4 以供電分段為單元的故障重構(gòu)模式

目前高鐵接觸網(wǎng)故障停電和弓網(wǎng)事故較多，為了盡量減小動(dòng)車(chē)組停車(chē)對(duì)旅客身心及社會(huì)輿情的影響，最大范圍地為沿線滯留動(dòng)車(chē)組供電，應(yīng)縮小停電范圍，盡快為接觸網(wǎng)故障點(diǎn)所在最小停電單元以外的動(dòng)車(chē)組恢復(fù)供電。接觸網(wǎng)的最小停電單元是供電分段，即由絕緣錨段關(guān)節(jié)或分段絕緣器劃分出接觸網(wǎng)電氣獨(dú)立的供電區(qū)段，考慮采用以供電分段為單元進(jìn)行故障重構(gòu)。供電分段單元的劃分原則如下。（1）縱向單元為車(chē)站兩端咽喉區(qū)外、AT所附近及隧道內(nèi)外絕緣錨段關(guān)節(jié)的供電分段。（2）橫向單元為樞紐或大型客站的供電分束。（3）以車(chē)站兩端咽喉區(qū)八字渡線內(nèi)絕緣錨段關(guān)節(jié)為基礎(chǔ)，劃分接觸網(wǎng)V停供電單元。當(dāng)自動(dòng)重合閘和試送電失敗時(shí)供電調(diào)度端需要進(jìn)行故障排查及分段試送電，找出故障點(diǎn)所在最小停電單元，隔離故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)供電。當(dāng)接觸網(wǎng)故障停電且供電臂內(nèi)有多列動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)，能否盡快隔離故障點(diǎn)和恢復(fù)供電，取決于故障標(biāo)定能力、調(diào)度端程控化水平及倒閘作業(yè)效率。

2.5 供電調(diào)度管理的技術(shù)升級(jí)

接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)升級(jí)為真空斷路器后，在性能和可靠性方面與變電所戶(hù)外27.5kV真空斷路器一致，并且均為SCADA遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)控子項(xiàng)，在增加了智能組件后，納入智能設(shè)備統(tǒng)一管理。在智能化管理方面，主要對(duì)供電調(diào)度管理進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。當(dāng)高鐵接觸網(wǎng)故障引起變電所跳閘或發(fā)生弓網(wǎng)事故時(shí)，之前供電調(diào)度端一般是倒閘切除故障供電臂單元，故障供電臂內(nèi)動(dòng)車(chē)組全部停電降弓，然后利用接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行故障排查或切除故障所在供電分段單元，為影響范圍外動(dòng)車(chē)組送電。隨著廣域保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)、接觸網(wǎng)6C檢測(cè)系統(tǒng)和PHM健康管理的逐步完善，在接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)升級(jí)為真空斷路器后，可按最小停電單元對(duì)接觸網(wǎng)故障進(jìn)行直控操作。

結(jié)語(yǔ)：為了深化研究高速鐵路智能牽引供電的快速自愈重構(gòu)技術(shù)，通過(guò)分析目前牽引供電系統(tǒng)的自愈重構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合接觸網(wǎng)電分段功能，提出以接觸網(wǎng)供電分段為單元的自愈重構(gòu)模式，找出自愈重構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)為接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)，其在帶負(fù)荷操作、倒閘時(shí)間及服役狀態(tài)等方面難以適應(yīng)智能牽引供電發(fā)展要求。

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