一、前言
我們國(guó)家截至2016年年底，全國(guó)有30個(gè)城市開(kāi)通了軌道交通，擁有軌道交通車站2468個(gè)，運(yùn)營(yíng)車輛23791輛，軌道交通運(yùn)營(yíng)線路133條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度4152.8公里，軌道交通完成161.51億人，運(yùn)營(yíng)里程4.33億列公里。
2016年里，中國(guó)大陸地區(qū)城軌交通完成投資3847億元，在建線路總長(zhǎng)5636.5公里?？裳信鷱?fù)投資累計(jì)34995.4億元。截至2016年年底，共有58個(gè)城市的城軌線網(wǎng)規(guī)劃獲批，規(guī)劃線路總長(zhǎng)達(dá)7305.3公里。在建和規(guī)劃線路規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，軌道交通投資進(jìn)進(jìn)一步增長(zhǎng)，建設(shè)速度進(jìn)一步提升。預(yù)計(jì)到“十三五”末，全國(guó)將有超過(guò)50個(gè)城市開(kāi)通軌道交通，運(yùn)營(yíng)里程將超過(guò)6000公里。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng)，城市軌道交通及城際軌道交通逐步得到大面積普及，在不久的將來(lái)，軌道運(yùn)輸將成為大、中型城市交通的重要手段之一，對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)安定起到重要的作用。
而城市軌道交通的安全運(yùn)行離不開(kāi)安全、規(guī)范、可靠的供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)一旦產(chǎn)生故障或中斷，不僅會(huì)造成城市軌道交通運(yùn)輸?shù)陌c瘓，而且還會(huì)危及乘客生命安全，并對(duì)地線公共交通運(yùn)輸帶來(lái)巨大壓力，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和城市形象造成不良影響。
于是，如何確保城市軌道交通供電安全，已經(jīng)成為一項(xiàng)具有重大意義的研究課題。長(zhǎng)園共創(chuàng)基于對(duì)防誤技術(shù)20余年的研究，聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，提出了一套適用于軌道交通領(lǐng)域的“供電安全智能防誤管理系統(tǒng)”。
二、城市軌道交通供電系統(tǒng)特點(diǎn)
1. 軌道交通供電系統(tǒng)組成
軌道交通供電系統(tǒng)由外部供電系統(tǒng)（城市電網(wǎng)）和軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)兩大部分組成。軌道交通作為城市電網(wǎng)的一個(gè)用戶，一般都直接從城市電網(wǎng)取得電能，無(wú)需單獨(dú)建設(shè)電廠；城市電網(wǎng)也把軌道交通看成一個(gè)重要用戶。軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)包括：主變電所、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)。其中牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所和牽引網(wǎng)兩大部分，動(dòng)力照明供電系統(tǒng)包括降壓變電所與動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。城市電網(wǎng)對(duì)軌道交通的供電方式一般采用集中供電方式，集中供電方式有利于軌道交通公司的運(yùn)營(yíng)和管理，各牽引變電所和降壓變電所由環(huán)網(wǎng)電纜供電，具有很高的可靠性。廣州、深圳、上海和香港軌道交通即為此種供電方式。在沿軌道交通線路，根據(jù)用電容量和軌道交通線路的長(zhǎng)短，建設(shè)軌道交通專用的主變電所。主變電所電壓一般為AC110 kV，由發(fā)電廠或區(qū)域變電所對(duì)其供電，再由主變電所降壓為軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)所需的電壓級(jí)(AC35 kV 或AC10kV)。
主變電所與城市電網(wǎng)變電站運(yùn)行模式基本相同，而牽引供電系統(tǒng)則具有軌道交通的特色，與城市供電系統(tǒng)差別較大，我們主要研究對(duì)象也是集中在這里。
軌道交通牽引供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式，變電所采用雙進(jìn)雙出，并通過(guò)環(huán)串的形式連接起來(lái)。進(jìn)出線開(kāi)關(guān)和電纜構(gòu)成了環(huán)網(wǎng)設(shè)備，其容量選擇考慮一路環(huán)網(wǎng)設(shè)備故障時(shí)，另一路能夠承擔(dān)該環(huán)網(wǎng)分區(qū)內(nèi)的一、二級(jí)負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)了雙環(huán)網(wǎng)設(shè)備之間的備用支援。如廣州軌道交通三號(hào)線當(dāng)河南主所發(fā)生故障時(shí)合上市二宮站的環(huán)網(wǎng)分段開(kāi)關(guān)就可以把瑤臺(tái)主所的電供給河南主所的一，二級(jí)負(fù)荷，從而保證河南主所下面的變電站正常運(yùn)行。另外，為了保證環(huán)網(wǎng)電纜運(yùn)行的安全可靠性，電纜敷設(shè)路徑也盡量考慮冗余設(shè)計(jì)，將兩路電纜分別沿上、下行線路敷設(shè)，即使一路電纜發(fā)生故障，也不會(huì)影響另一路電纜的正常運(yùn)行。
圖1 雙環(huán)網(wǎng)接線
2. 供電系統(tǒng)運(yùn)行方式
由于供電系統(tǒng)在軌道交通運(yùn)行中的重要性，中壓供電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需要滿足故障自救功能和防止誤操作功能等要求。采用雙環(huán)網(wǎng)接線，在故障運(yùn)行方式下通過(guò)改變分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，保證故障區(qū)段供電的連續(xù)性。在應(yīng)急運(yùn)行方式時(shí)，通過(guò)調(diào)整分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)的位置，可改變主變電所或電源開(kāi)閉所供電區(qū)的劃分，可滿足軌道交通繼續(xù)運(yùn)行的要求。雙環(huán)網(wǎng)接線可靈活實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。通過(guò)設(shè)置各種聯(lián)鎖關(guān)系，可防止各種運(yùn)行方式下的誤操作，使系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
軌道交通中壓供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式分為3種:正常運(yùn)行方式、故障運(yùn)行方式和應(yīng)急運(yùn)行方式。
正常運(yùn)行方式是系統(tǒng)在正常電源條件、線路條件和設(shè)備條件下的運(yùn)行方式。
故障運(yùn)行方式是上述3個(gè)條件中任一個(gè)出現(xiàn)一個(gè)故障情況下的運(yùn)行方式，如1個(gè)電源故障，或1條線路故障，或1臺(tái)設(shè)備故障。
應(yīng)急運(yùn)行方式是上述3個(gè)條件中任一個(gè)出現(xiàn)兩個(gè)故障情況下的運(yùn)行。
①正常運(yùn)行方式
電源開(kāi)閉所由城市電網(wǎng)引入2路中壓電源，并供給開(kāi)閉所供電范圍內(nèi)的車站變電所。正常運(yùn)行時(shí)2個(gè)電源同時(shí)供電，分列運(yùn)行，開(kāi)閉所2個(gè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，母線分段開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)，備自投裝置處干啟動(dòng)狀態(tài)(見(jiàn)圖1)。
2#和4#變電所的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K1一K4為分閘狀態(tài)。1#開(kāi)閉所除承擔(dān)本身負(fù)荷外，還提供1#、2#變電所負(fù)荷。2#開(kāi)閉所除承擔(dān)本身負(fù)荷外，還提供3#、4#變電所負(fù)荷。
②故障運(yùn)行方式
下面分析電源(電纜)的故障情況(見(jiàn)圖1)，開(kāi)關(guān)設(shè)備的故障在本文中不做討論。
1)開(kāi)閉所單電源故障運(yùn)行方式
當(dāng)開(kāi)閉所引入的一路電源或電纜故障，造成開(kāi)閉所一路進(jìn)線電源失壓，經(jīng)備自投裝置判別，確定非過(guò)流、零序等故障狀態(tài)后，由備自投裝置對(duì)進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)實(shí)施“失壓自投、過(guò)流閉鎖”的控制過(guò)程，由另一路電源供給開(kāi)閉所的全部1, 2級(jí)負(fù)荷。此時(shí)開(kāi)閉所電源失壓的進(jìn)線開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)，另一路進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，備自投為退出狀態(tài)。開(kāi)閉所供電分區(qū)內(nèi)各變電所的開(kāi)關(guān)狀態(tài)沒(méi)有變化，即進(jìn)線開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，母線分段開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)。
2)降壓變電所單電源故障運(yùn)行方式
當(dāng)降壓變電所如1#變電所引人的一路電源或電纜故障，1#開(kāi)閉所相應(yīng)饋出線開(kāi)關(guān)為分閘，造成1#變電所一路進(jìn)線電源失壓。由于降壓變電所中壓系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置母線分段開(kāi)關(guān)，也沒(méi)有備自投裝置，而低壓配電系統(tǒng)設(shè)有母線分段開(kāi)關(guān)，低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)具有“失壓自投、過(guò)流閉鎖”的功能，此時(shí)中壓系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，電力調(diào)度遙控使失壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘，將故障段切除。低壓配電系統(tǒng)電源失壓的進(jìn)線開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)，另一路進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，一路中壓電源和一臺(tái)配電變壓器提供降壓變電所的全部1、2級(jí)負(fù)荷。
3)牽引變電所單電源故障運(yùn)行方式
當(dāng)牽引變電所如2#變電所引人的一路電源或電纜故障，1#開(kāi)閉所相應(yīng)饋出線開(kāi)關(guān)為分閘，造成2#變電所的一路進(jìn)線電源失壓。
當(dāng)牽引變電所設(shè)有母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置時(shí)，經(jīng)備自投裝置判別，確定非過(guò)流、零序等故障狀態(tài)后，由備自投裝置對(duì)進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)實(shí)施“失壓自投、過(guò)流閉鎖”的控制過(guò)程，由另一路電源供給牽引變電所的全部1, 2級(jí)負(fù)荷。此時(shí)電源失壓的進(jìn)線開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)、另一路進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，備自投為退出狀態(tài)。
當(dāng)牽引變電所不設(shè)母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置時(shí)，若失壓母線為1段，則低壓配電系統(tǒng)實(shí)施“失壓自投、過(guò)流閉鎖”的控制過(guò)程，電源失壓的低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)，另一路進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)。一路中壓電源承擔(dān)牽引變電所牽引負(fù)荷和動(dòng)力照明1、2級(jí)負(fù)荷。
若失壓母線為II段，連接在該段母線上的2臺(tái)牽引變壓器和1臺(tái)配電變壓器將失電。當(dāng)確認(rèn)非過(guò)流、零序等故障狀態(tài)后，可進(jìn)行倒閘操作，恢復(fù)對(duì)失壓母線的供電。由于倒閘操作過(guò)程的時(shí)間級(jí)為“分鐘”級(jí)，而低壓配電系統(tǒng)實(shí)施“失壓自投、過(guò)流閉鎖”的控制過(guò)程為“秒”級(jí)，因此在倒閘操作過(guò)程中低壓配電系統(tǒng)已恢復(fù)對(duì)動(dòng)力照明1、2級(jí)負(fù)荷的供電;牽引供電系統(tǒng)通過(guò)本牽弓I變電所直流母線，使相鄰兩個(gè)牽引變電所構(gòu)成大雙邊供電。
變電所為無(wú)人值守時(shí)，電力調(diào)度遠(yuǎn)方倒閘操作分為停電操作過(guò)程和送電操作過(guò)程。手動(dòng)操作兩臺(tái)牽引變壓器中壓開(kāi)關(guān)分別分閘，操作配電變壓器中壓開(kāi)關(guān)分閘，然后操作II段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘并確認(rèn)，此時(shí)停電操作過(guò)程結(jié)束。進(jìn)行送電操作過(guò)程，操作聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K2合閘并確認(rèn)，分別操作各變壓器中壓開(kāi)關(guān)合閘。
此時(shí)II段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，K2聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)閉合;I段進(jìn)線開(kāi)關(guān)閉合，K1聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。再次明確此時(shí)沒(méi)有設(shè)置母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置，不存在誤操作母線分段開(kāi)關(guān)造成電源合環(huán)問(wèn)題。
③應(yīng)急運(yùn)行方式
I)開(kāi)閉所雙電源故障應(yīng)急運(yùn)行方式
城市電網(wǎng)提供開(kāi)閉所的兩路電源中，一路電源或線路故障后，另一路再次發(fā)生故障時(shí)，兩路電源均失壓。經(jīng)“秒”級(jí)延時(shí)后，備自投裝置向母線分段開(kāi)關(guān)和電源失壓的進(jìn)線開(kāi)關(guān)分別發(fā)出跳聞命令。開(kāi)關(guān)分閘后，備自投裝置處于退出狀態(tài)(見(jiàn)圖2)。
圖2雙環(huán)網(wǎng)接線
若是采用的是第二路電源也失電時(shí)，開(kāi)關(guān)的狀態(tài)維持一路電源失壓后的情況，即一路電源的進(jìn)線開(kāi)關(guān)為分閘，另一路的進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)為合閘，方便之處在于外電源波動(dòng)造成失壓的快速恢復(fù)供電。鑒于軌道交通工程供電為自成系統(tǒng)，系統(tǒng)本身具有故障自救功能，外電源故障對(duì)系統(tǒng)的影響可通過(guò)系統(tǒng)本身的自動(dòng)或手動(dòng)操作，恢復(fù)系統(tǒng)故障區(qū)段的供電，此時(shí)應(yīng)斷開(kāi)與外部電源的聯(lián)系。因此，在開(kāi)閑所雙電源或雙線路故障時(shí)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)均分閘。
若正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)生雙電源同時(shí)故障造成進(jìn)線失壓，經(jīng)“秒”級(jí)延時(shí)后，備自投裝置向兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)出跳閘命令，不向母線分段開(kāi)關(guān)發(fā)命令，母線分段開(kāi)關(guān)仍保持正常分閘位置。
經(jīng)上述分析可知，開(kāi)閉所雙電源故障無(wú)論同時(shí)發(fā)生還是不同時(shí)發(fā)生，開(kāi)閉所的進(jìn)線開(kāi)關(guān)、母線分段開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)位置，且母線分段開(kāi)關(guān)的合閘回路被進(jìn)線開(kāi)關(guān)閉鎖，備自投裝置為退出狀態(tài)，開(kāi)閉所承擔(dān)的供電分區(qū)全部失電。
根據(jù)《軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，軌道交通用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，兩個(gè)電源供電即滿足供電要求。由于城市軌道交通已成為老百姓上下班、出行的重要交通方式，是解決城市道路交通擁堵的重要手段，其重要性決定了供電系統(tǒng)的可靠性非常重要，一旦停電造成停運(yùn)，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和較壞的社會(huì)影響，因此軌道交通供電系統(tǒng)的中壓供電岡絡(luò)設(shè)置了電源聯(lián)絡(luò)線。
在這種故障應(yīng)急運(yùn)行方式下，通過(guò)倒閘操作改變?cè)泄╇姺謪^(qū)的劃分，利用中壓供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，由相鄰供電區(qū)提供電源。為避免電源合環(huán)，需要重新設(shè)置分界點(diǎn)，一般把開(kāi)環(huán)點(diǎn)設(shè)于開(kāi)閉所，根據(jù)兩側(cè)供電區(qū)的負(fù)荷大小，將開(kāi)閉所列入負(fù)荷較小的供電區(qū)，原開(kāi)閉所的饋線開(kāi)關(guān)成為新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
如圖2所示，假設(shè)1#開(kāi)閉所正常運(yùn)行承擔(dān)的負(fù)荷，小于3#開(kāi)閉所承擔(dān)的負(fù)荷。當(dāng)2#電源開(kāi)閉所引自城網(wǎng)電源的兩個(gè)進(jìn)線電源全部故障，其進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)，引至4#變電所的饋出開(kāi)關(guān)K3’和K4，被進(jìn)線開(kāi)關(guān)聯(lián)跳(或電力調(diào)度遙控分閘)并閉鎖(當(dāng)任一進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，閉鎖關(guān)系解除)。
此時(shí)電力調(diào)度(或變電所控制室人員)解除2#變電所的兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K1、K2與本變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)的“軟聯(lián)鎖”，經(jīng)調(diào)度令就地手動(dòng)或遙控操作合閘(保護(hù)整定躲過(guò)勵(lì)磁涌流)，兩路中壓電源由2#變電所兩段母線引至3#變電所，并再至2#開(kāi)閉所，使故障區(qū)段的3#變電所、2#開(kāi)閉所恢復(fù)供電；同理解除4#變電所的兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K3、K4與本變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)的“軟聯(lián)鎖”，經(jīng)調(diào)度令就地手動(dòng)或遙控操作合閘，兩路中壓電源由5#變電所兩段母線引至4#變電所，使故障區(qū)段的4存變電所恢復(fù)供電。故障供電區(qū)均得到兩路聯(lián)絡(luò)電源。
此時(shí)供電分區(qū)進(jìn)行了重新劃分，1#開(kāi)閉所負(fù)責(zé)為1#變電所一2#開(kāi)閉所共S座變電所1、2級(jí)負(fù)荷的供電;3#開(kāi)閉所負(fù)責(zé)為4#變電所一6#變電所共4座變電所1、2級(jí)負(fù)荷的供電。當(dāng)高峰小時(shí)負(fù)荷超出開(kāi)閉所的供電能力或中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓損失5%要水時(shí)，可結(jié)合運(yùn)營(yíng)組織方案限制高峰小時(shí)列車密度。
2)降壓變電所雙電源故障應(yīng)急運(yùn)行方式
以圖2中2#降壓變電所和5#變電所為例，分別進(jìn)行分析。
降壓變電所沒(méi)有設(shè)置母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置，當(dāng)1#開(kāi)閉所提供給2#變電所的兩路電源失電后，經(jīng)電力調(diào)度令或電力調(diào)度遙控將2#變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘，同時(shí)也解除了聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K1、 K2與進(jìn)線開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖。依次手動(dòng)遙控使聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，兩路中壓電源由3#變電所兩段母線引至２#變電所，使故障區(qū)段的２#變電所恢復(fù)供電。開(kāi)閉所供電分區(qū)進(jìn)行重新劃分，2#變電所原進(jìn)線開(kāi)關(guān)為新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
當(dāng)3#開(kāi)閉所提供給5#變電所的兩路電源失電后，經(jīng)電力調(diào)度令或電力調(diào)度遙控將5#變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘。電力調(diào)度解除4#變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K3, K4的聯(lián)鎖，依次手動(dòng)遙控使聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，兩路中壓電源由4#變電所兩段母線引至5#變電所，使故障區(qū)段的5#變電所恢復(fù)供電。開(kāi)閉所供電分區(qū)進(jìn)行重新劃分，5#變電所原進(jìn)線開(kāi)關(guān)為新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
3)牽引變電所雙電源故障應(yīng)急運(yùn)行方式
以圖2中3#變電所和4#變電所為例，分別進(jìn)行分析。
2#開(kāi)閉所提供給3#變電所的兩路電源線路故障，變電所的進(jìn)線開(kāi)關(guān)將由于電源失壓而全部跳閘，母線分段開(kāi)關(guān)也處于分閘位置，備自投裝置處于退出狀態(tài)。電力調(diào)度解除2#變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)Kl、K2的聯(lián)鎖，依次手動(dòng)遙控使聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，兩路中壓電源由2#變電所兩段母線引至3#變電所，使故障區(qū)段的3#變電所恢復(fù)供電。開(kāi)閉所供電分區(qū)進(jìn)行重新劃分，3#變電所原進(jìn)線開(kāi)關(guān)為新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)。
2#開(kāi)閉所提供給4#變電所的兩路電源線路故障，變電所的進(jìn)線開(kāi)關(guān)將因電源失壓而全部跳閘，母線分段開(kāi)關(guān)也處于分閘位置，備自投裝置處于退出狀態(tài)。由于進(jìn)線開(kāi)關(guān)已分閘，同時(shí)也解除了進(jìn)線開(kāi)關(guān)對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K3, K4的聯(lián)鎖，依次手動(dòng)遙控使聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，兩路中壓電源由5#變電所兩段母線引至4#變電所，使故障區(qū)段的4#變電所恢復(fù)供電。開(kāi)閉所供電分區(qū)進(jìn)行重新劃分，4#變電所原進(jìn)線開(kāi)關(guān)為新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)，并被聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖不能合閘，防止電源合環(huán)。
由以上分析可知，應(yīng)用于城市軌道交通的雙環(huán)網(wǎng)接線方案，在系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性方面有一定的優(yōu)點(diǎn)，也存在聯(lián)鎖關(guān)系較為復(fù)雜、倒閘操作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
3. 供電系統(tǒng)與檢修車間的邊界問(wèn)題
城市軌道的列車維護(hù)一般由檢修車間進(jìn)行，檢修車間除了檢修中心外，各個(gè)線路上還包括停車、列檢庫(kù)和雙周/三月檢庫(kù)等，由于采用接觸網(wǎng)供電，一般以隔離刀閘作為業(yè)務(wù)邊界，因此，列車從運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修過(guò)程中，涉及到接觸網(wǎng)延伸至檢修車間線路的停復(fù)電以及安全措施的問(wèn)題，由于操作頻繁，時(shí)間短，對(duì)操作效率提出較高要求，因此，在保障人員安全情況下如何提高效率是檢修車間供電操作的核心問(wèn)題。
三、解決方案
1. 理論模型：
長(zhǎng)園共創(chuàng)通過(guò)對(duì)事故致因“2-4”模型進(jìn)行分析和研究，深入分析事故發(fā)生的直接原因以及背后根源，針對(duì)模型中所述的“不安全動(dòng)作”和“不安全物態(tài)”，進(jìn)一步挖掘出在軌道交通電氣設(shè)備操作過(guò)程中存在的安全隱患，采用相應(yīng)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)防范，防止這種不安全狀態(tài)繼續(xù)擴(kuò)散導(dǎo)致的重大影響。
軌道交通供電安全防誤管理系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，滿足軌道交通供電多地點(diǎn)、多層次、多班組操作的安全要求，其核心是通過(guò)強(qiáng)制閉鎖危險(xiǎn)點(diǎn)，使得操作人員按照規(guī)定的操作流程進(jìn)行設(shè)備操作，防止由于人的失誤導(dǎo)致的誤操作事故的發(fā)生，保障軌道交通供電安全，在軌道交通供電網(wǎng)絡(luò)特別是中壓供電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)鎖復(fù)雜、倒閘操作時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)下，系統(tǒng)借助專家系統(tǒng)能夠很好的解決復(fù)雜操作的安全問(wèn)題。
2. 專家系統(tǒng)邏輯模型：
為了保證供電系統(tǒng)可靠的運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員操作的安全，必須設(shè)置必要的聯(lián)鎖關(guān)系。這些聯(lián)鎖關(guān)系會(huì)抽象為專家系統(tǒng)的控制邏輯序列模型，專家系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別運(yùn)行模式和操作請(qǐng)求，自動(dòng)判斷每一步操作的許可驗(yàn)證，保證操作正確，同時(shí)，專家系統(tǒng)在固有電氣操作的基礎(chǔ)上，必須和每條軌道交通運(yùn)行線路的實(shí)際情況結(jié)合，采用規(guī)則+經(jīng)驗(yàn)的辨識(shí)模式，滿足各個(gè)不同軌道交通運(yùn)行的要求，以某軌道交通集團(tuán)供電系統(tǒng)為例：
①成套開(kāi)關(guān)設(shè)備每一個(gè)單元的聯(lián)鎖關(guān)系 即“五防”要求。
(1)防止帶負(fù)荷分、合隔離開(kāi)關(guān)(隔離插頭);
(2)防止接地開(kāi)關(guān)處于閉合位置時(shí)關(guān)合斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān);
(3)防止帶電時(shí)誤合接地開(kāi)關(guān);
(4)防止誤入帶電隔室;
(5)防止誤分、誤合斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)。
對(duì)于手車式開(kāi)關(guān)設(shè)備還有其他相關(guān)要求，在此不再一一列出。
②成套開(kāi)關(guān)設(shè)備相關(guān)單元的聯(lián)鎖關(guān)系
(1)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜與相鄰隔離手車柜、計(jì)量柜等的聯(lián)鎖。只有當(dāng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)處于分閘位置時(shí)，上述的隔離手車、計(jì)量柜手車才可以抽出或插人。
(2)母線分段開(kāi)關(guān)柜與母線分段提升柜之間須設(shè)聯(lián)鎖關(guān)系。只有當(dāng)母線分段開(kāi)關(guān)處于分閘位置時(shí)，母線分段提升柜隔離手車才可以抽出或插人。
③系統(tǒng)運(yùn)行的聯(lián)鎖關(guān)系
如圖2所示。
1)電源開(kāi)閉所進(jìn)線開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系
電源開(kāi)閉所設(shè)有母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置，從運(yùn)行方式的分析可知，當(dāng)正常運(yùn)行和單電源或線路故障時(shí)，2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)的閉合關(guān)系滿足"3合2”的條件，即進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)不能同時(shí)合閘，避免電源合環(huán)或向故障點(diǎn)返送電源。
在應(yīng)急運(yùn)行方式時(shí)，2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)失壓分閘時(shí)，也應(yīng)同時(shí)閉鎖母線分段開(kāi)關(guān)合閘，造成聯(lián)絡(luò)電源合環(huán)。也就是說(shuō)，在系統(tǒng)運(yùn)行中，若兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的位置狀
態(tài)一致時(shí)，母線分段開(kāi)關(guān)不能操作合閘。
2)牽引變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)與母線分段開(kāi)關(guān)之間的聯(lián)鎖關(guān)系
牽引變電所也設(shè)有母線分段開(kāi)關(guān)和備自投裝置，從運(yùn)行方式的分析可知當(dāng)正常運(yùn)行和單電源或線路故障時(shí)２#進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)的閉合關(guān)系滿足“3合２”的條件，即進(jìn)線開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)不能同時(shí)合閘，避免電源合環(huán)或向故障點(diǎn)返送電源。
在應(yīng)急運(yùn)行方式時(shí)，有3種情況:2#開(kāi)閉所、2#變電所和3#變電所分別發(fā)生進(jìn)線雙電源故障。在這3種情況下，3#變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)分別為都閉合和都斷開(kāi)狀態(tài)，而且母線分段開(kāi)關(guān)都不能進(jìn)行合閘操作，避免造成聯(lián)絡(luò)電源合環(huán)。也就是說(shuō)，系統(tǒng)運(yùn)行中，兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的位置狀態(tài)一致時(shí)，母線分段開(kāi)關(guān)不能操作合閘。
3)降壓變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)與母線分段開(kāi)關(guān)之間的聯(lián)鎖關(guān)系
由于降壓變電所沒(méi)有設(shè)置母線分段開(kāi)關(guān)，沒(méi)有相應(yīng)的聯(lián)鎖關(guān)系。
4)進(jìn)線開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間的聯(lián)鎖關(guān)系
這種聯(lián)鎖關(guān)系只發(fā)生在供電分區(qū)分界點(diǎn)的變電所，見(jiàn)圖2中的2#變電所、4#變電所和6#變電所。變電所的2進(jìn)線開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間，在正常運(yùn)行方式下設(shè)有聯(lián)鎖條件，任一進(jìn)線開(kāi)關(guān)處在合閘位置，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)不能合閘。在單電源故障運(yùn)行方式下，不會(huì)解除聯(lián)鎖關(guān)系條件。
在應(yīng)急運(yùn)行方式下，根據(jù)前面的分析，有三種情況將操作聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘。開(kāi)閉所、本變電所和與本變電所相鄰的另一供電分區(qū)的變電所發(fā)進(jìn)線雙電源故障。對(duì)于圖2中的2#變電所的K1、K2聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，當(dāng)1#和2#開(kāi)閉所、2#變電所、3#變電所發(fā)生進(jìn)線雙電源故障時(shí)，均需要聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，使故障區(qū)段恢復(fù)供電。除本變電所發(fā)生上述故障、進(jìn)線開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)與母線分段開(kāi)關(guān)之間的開(kāi)關(guān)為不同時(shí)合閘外，其他應(yīng)急運(yùn)行情況下，兩者需要同時(shí)閉合。
通過(guò)電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設(shè)置軟聯(lián)鎖，即“軟壓板”與聯(lián)鎖條件并聯(lián)，正常運(yùn)行、故障運(yùn)行方式和本變電所雙電源故障應(yīng)急運(yùn)行時(shí)“軟壓板”為斷開(kāi)，聯(lián)鎖條件起作用。在其他應(yīng)急運(yùn)行情況下，電力調(diào)度操作“軟壓板”閉合，解除聯(lián)鎖條件。
5)進(jìn)線開(kāi)關(guān)與環(huán)網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)的聯(lián)跳及聯(lián)鎖
在正常運(yùn)行和單一電源故障運(yùn)行情況下，進(jìn)線開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)不需要聯(lián)鎖條件。但在雙電源故障應(yīng)急運(yùn)行方式下，由于供電分區(qū)重新劃分，出現(xiàn)了新的供電分界開(kāi)關(guān)，而誤操作此分界開(kāi)關(guān)，將造成聯(lián)絡(luò)電源合環(huán)或向故障點(diǎn)返送電源。按照前面運(yùn)行方式的分析，在應(yīng)急運(yùn)行方式時(shí)，供電分區(qū)新的分界點(diǎn)設(shè)在雙電源出現(xiàn)問(wèn)題的變電所或開(kāi)閉所。
對(duì)于降壓變電所或牽引變電所，新的分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)為原進(jìn)線開(kāi)關(guān)，環(huán)網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)則為應(yīng)急運(yùn)行方式下的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，此時(shí)誤合原進(jìn)線開(kāi)關(guān)將向故障點(diǎn)返送電源。如果考慮設(shè)置聯(lián)鎖條件，將涉及全線所有變電所，且將對(duì)正常運(yùn)行操作產(chǎn)生較大影響。將故障率等情況綜合考慮，建議不設(shè)置聯(lián)鎖關(guān)系，通過(guò)加強(qiáng)應(yīng)急運(yùn)行情況下的操作管理，制定嚴(yán)格的操作制度來(lái)限制此種誤操作的發(fā)生。
如果一定要設(shè)置聯(lián)鎖條件，就采用軟聯(lián)鎖方式。在電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件編制時(shí)，變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按照運(yùn)行方式進(jìn)行編制，在變電所處于不同的運(yùn)行方式時(shí)，順序發(fā)出相應(yīng)聯(lián)鎖或解除聯(lián)鎖的命令。
對(duì)于開(kāi)閉所，見(jiàn)圖2。以2#開(kāi)閉所為例，因?yàn)殚_(kāi)閉所雙電源故障后，進(jìn)線開(kāi)關(guān)在應(yīng)急運(yùn)行方式的供電網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有作用，分界點(diǎn)開(kāi)關(guān)為原環(huán)網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)(如K3' , K4' )。但進(jìn)線開(kāi)關(guān)和K3'、K4兩者的狀態(tài)有密切的關(guān)系，均為同時(shí)閉合或同時(shí)斷開(kāi)。同時(shí)閉合出現(xiàn)在開(kāi)閉所正?；騿坞娫垂收线\(yùn)行方式時(shí)，為開(kāi)閉所供電分區(qū)提供電源;同時(shí)斷開(kāi)出現(xiàn)在應(yīng)急運(yùn)行方式時(shí)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷開(kāi)切除與城市電網(wǎng)的聯(lián)系，避免向故障點(diǎn)返送電源，K3'、K4斷開(kāi)為了避免使聯(lián)絡(luò)電源合環(huán)。
因此在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)任一進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，K3'、K4'開(kāi)關(guān)可進(jìn)行操作或處于合閘狀態(tài)，當(dāng)兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)均為分閘時(shí)，聯(lián)跳K3'、K4，開(kāi)關(guān)分閘，并將其合閘回路閉鎖。
將以上各種聯(lián)鎖條件與原有五防邏輯規(guī)則結(jié)合起來(lái)，就抽象為實(shí)際操作的邏輯序列，與人員判斷操作不同，專家系統(tǒng)會(huì)依據(jù)目前的運(yùn)行方式自動(dòng)識(shí)別相應(yīng)的聯(lián)鎖邏輯條件，形成操作序列，如下面文件：
1071 L:{}|1|107=10!
1071 H:{}|1|1071E=30,RT2-D3=30,RT2-D2=30,RT2-D1=30,202-D=30,107-D=30,107=10!
1071E L:{}|1|!
1071E H:{}|1|2021=20,202SC=20,1071=20!
1041A L:{}|1|104A=10!
1041A H:{}|1|1041AE=30,ST1-D2=30,ST1-D1=30,104A-D=30,104A=10!
1041AE L:{}|1|!
1041AE H:{}|1|1041A=20!
2011 L:{}|1|201=10!
2011 H:{}|1|RT1-D3=30,RT1-D2=30,RT1-D1=30,201-D=30,106-D=30,1061E=30,201=10!
2021 L:{}|1|202=10!
2021 H:{}|1|RT2-D3=30,RT2-D2=30,RT2-D1=30,202-D=30,107-D=30,1071E=30,202=10!
以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，配合操作終端和現(xiàn)場(chǎng)閉鎖裝置，就形成了軌道交通供電安全智能防誤系統(tǒng)的整體架構(gòu)，如下圖:
3. 檢修聯(lián)鎖控制
檢修車間的聯(lián)鎖關(guān)系比較明確，在隔離刀閘、接地線、登頂平臺(tái)之間的閉鎖關(guān)系，目的是必須保證人員車頂檢修時(shí)是處于接觸網(wǎng)斷電并安全接地的安全措施，由于上述的檢修工作的時(shí)間短、任務(wù)重的特點(diǎn)，如何提高效率是關(guān)注要點(diǎn)，我們調(diào)研發(fā)現(xiàn)，整個(gè)操作過(guò)程中，掛接地線是最占時(shí)間的過(guò)程，在符合安全規(guī)程的基礎(chǔ)上，我們提出了自動(dòng)化的可視驗(yàn)電接地裝置代替地線，既滿足安全需求，同時(shí)大大提高了工作效率。
1. 車輛檢修調(diào)度室
安全聯(lián)鎖主機(jī)：
以圖形方式實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)帶電情況顯示、隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示、地線掛接情況顯示，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的模擬操作，安全聯(lián)鎖邏輯判斷，設(shè)備遠(yuǎn)方遙控操作；
視頻監(jiān)控主機(jī)：
實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作過(guò)程的視頻聯(lián)動(dòng)，檢修重點(diǎn)區(qū)域的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控；
2. 檢修車間
檢修自動(dòng)化控制終端：
檢修軌道的設(shè)備集中控制單元，安裝于檢修庫(kù)的每一條檢修軌道旁，采集本條檢修軌道的設(shè)備信號(hào)和對(duì)設(shè)備進(jìn)行就地控制；
車輛位置傳感器：
安裝于軌道前后兩端，采集車輛當(dāng)前位置信息；
車輛道閘機(jī)：
車輛進(jìn)出檢修庫(kù)的門(mén)禁系統(tǒng)；
道閘信號(hào)燈：
車輛進(jìn)出檢修庫(kù)時(shí)提供燈光警示；
聲光報(bào)警器：
車輛移動(dòng)過(guò)程中給予聲光報(bào)警；
檢修平臺(tái)門(mén)禁：
實(shí)現(xiàn)檢修人員的登頂作業(yè)權(quán)限控制，防止未經(jīng)授權(quán)登頂作業(yè)；
LED顯示屏：
顯示接觸網(wǎng)當(dāng)前的帶電情況；
電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)：
支持遠(yuǎn)方遙控和就地操作，通過(guò)電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制接觸網(wǎng)的供電/斷電；
電動(dòng)接地裝置：
支持遠(yuǎn)方遙控和就地操作，通過(guò)電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制地線頭與接觸網(wǎng)接觸，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)地線掛接；
電動(dòng)驗(yàn)電裝置：
支持遠(yuǎn)方遙控和就地操作，通過(guò)電動(dòng)機(jī)構(gòu)控制驗(yàn)電裝置與接觸網(wǎng)接觸，并對(duì)接觸網(wǎng)的帶電情況進(jìn)行信號(hào)反饋；
四、應(yīng)用效果
軌道交通供電安全智能防誤管理系統(tǒng)建立一個(gè)程序化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化的供電運(yùn)行安全生產(chǎn)保障體系，保障了供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全生產(chǎn)，提高了軌道交通運(yùn)行的可靠性，保障了市民的日常出行需求，具有巨大的社會(huì)效益。
系統(tǒng)在某地鐵集團(tuán)應(yīng)用后，解決了目前掛接地線必須依靠專業(yè)人員問(wèn)題，節(jié)約人力成本。系統(tǒng)還縮短了停電時(shí)間，將以前1.5小時(shí)的停電時(shí)間縮短為0.5小時(shí)，從而延長(zhǎng)了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間，大大提高工作效率。
作者簡(jiǎn)介：夏銳，1975年出生，工程師。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制、電力系統(tǒng)安全防誤技術(shù)。
