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作者簡(jiǎn)介：謝常寶，電氣工程師，現就職于大連現代軌道交通有限公司金馬快軌運營(yíng)分公司。
摘 要：本文詳細介紹了大連快軌三號線(xiàn)牽引供電系統中直流1500V聯(lián)跳信號的傳輸由電纜改為光纜的原理和改造情況。通過(guò)實(shí)例介紹，希望對軌道交通系統的工作同行具有參考作用。
關(guān)鍵詞：軌道交通；直流牽引；雙邊聯(lián)跳；區間供電；改造方案
Abstract：This paper introduces the principle and transformation situation of replacing cable with optical fiber for DC1500V intertrip signal transmission in Dalian Express Rail Transit No.3 Line.This practical application has great reference values for colleagues in rail transit system.
Key words：track traffic；DC traction；transfer intertrip；section power supply；transformation plan
1 大連快軌3號線(xiàn)概況
大連快軌3號線(xiàn)是大連市軌道交通路網(wǎng)規劃中的三號線(xiàn)。線(xiàn)路起點(diǎn)位于大連火車(chē)站，終點(diǎn)至國家級旅游度假區金石灘，線(xiàn)路全長(cháng)約49.15km。全線(xiàn)設車(chē)站14座，車(chē)輛段1處，控制中心1處，其中地面站6座，高架站8座，途經(jīng)香爐礁站、金家街站、泉水站、后鹽站、大連灣站、金馬站、開(kāi)發(fā)區站、保稅區站、雙D港站，預留高城山站、小窯灣站、黃海大道站。全線(xiàn)各車(chē)站均設置變電所，其中開(kāi)發(fā)區站為降壓變電所外，其余為牽引降壓混合變電所。
2 大連快軌3號線(xiàn)直流1500V供電系統聯(lián)跳原理
大連快軌3號線(xiàn)采用直流1500V接觸網(wǎng)供電方式，通過(guò)相鄰牽引降壓混合變電所的直流饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)（MC01—MC06）對同一區間的接觸網(wǎng)同時(shí)供電，以增強系統可靠性。直流供電系統圖見(jiàn)圖1。
圖1 大連快軌3號線(xiàn)直流供電系統圖
直流饋線(xiàn)保護中設置有雙邊聯(lián)跳保護和大雙邊聯(lián)跳保護，聯(lián)跳運行方式如下：
（1）對上行線(xiàn)，本站MC01開(kāi)關(guān)故障跳閘時(shí)，輸出一個(gè)DC220v信號聯(lián)跳左側車(chē)站MC03；本站MC03開(kāi)關(guān)故障時(shí)跳閘時(shí)，輸出一個(gè)DC220v信號聯(lián)跳右側車(chē)站MC01；
（2）對下行線(xiàn)，本站MC04開(kāi)關(guān)故障跳閘時(shí)，輸出一個(gè)DC220v信號聯(lián)跳左側車(chē)站MC06；本站MC06開(kāi)關(guān)故障時(shí)跳閘時(shí)，輸出一個(gè)DC220v信號聯(lián)跳右側車(chē)站MC04；
（3）如果本站開(kāi)關(guān)因故障退出，合上縱聯(lián)開(kāi)關(guān)后實(shí)行大雙邊供電。在臨站開(kāi)關(guān)故障時(shí)，聯(lián)跳信號通過(guò)本站縱聯(lián)開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)，轉發(fā)到下一站實(shí)現大雙邊聯(lián)跳；
（4）直流饋出開(kāi)關(guān)柜內提供的聯(lián)跳輸出信號有兩種，一種為0.5秒脈沖聯(lián)跳鄰站開(kāi)關(guān)，一種為持續信號聯(lián)跳并閉鎖鄰站開(kāi)關(guān)；
（5）聯(lián)跳信號通過(guò)在沿線(xiàn)敷設的7×6mm2電纜進(jìn)行傳輸。
直流聯(lián)跳的二次原理圖如圖2所示。
圖2 大連快軌3號線(xiàn)直流聯(lián)跳二次原理圖
3 聯(lián)跳系統運行情況
聯(lián)跳信號通過(guò)電纜傳輸的方式在快軌3號線(xiàn)運營(yíng)初期一直十分穩定、安全，對快軌運營(yíng)發(fā)揮了重要作用。
但近年來(lái)，國內盜竊電線(xiàn)、電纜設施十分猖獗，快軌交通亦不例外，其中沿線(xiàn)敷設的近50公里7×6mm2聯(lián)跳電纜絕大部分被盜割，快軌運營(yíng)公司曾經(jīng)投入大量的人力、物力恢復聯(lián)跳系統，以確保安全運營(yíng)。由于大連快軌3號線(xiàn)80%的區段都地處城郊，各車(chē)站站間距離較大，城市規模不斷擴大，流動(dòng)人口大量增加，雖然采取了在重點(diǎn)路段設置專(zhuān)人夜間巡線(xiàn)；在聯(lián)跳電纜上加裝電纜防盜報警器；在電纜溝內加固電纜等多種防盜措施加強防盜工作，但聯(lián)跳電纜被盜現象依然無(wú)法遏止，致使全線(xiàn)80%的聯(lián)跳系統不能正常運行，聯(lián)跳系統徹底癱瘓，牽引供電系統存在重大安全隱患。要恢復聯(lián)跳系統，幾乎要對全線(xiàn)重新敷設近40公里聯(lián)跳電纜，需投入大量資金，并仍然存在丟失的風(fēng)險。
通過(guò)分析，在目前沒(méi)有更有效制止電纜盜損方法的情況下，決定利用光纜傳輸實(shí)現直流1500V系統的聯(lián)跳功能。
4 直流1500V聯(lián)跳改造實(shí)施方案
4.1 方案一
使用現有電力監控系統監測事故車(chē)站直流開(kāi)關(guān)跳閘信號，并在控制中心通過(guò)程序控制相鄰車(chē)站的開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現聯(lián)跳功能。
4.1.1 方案優(yōu)點(diǎn)：不增加任何硬件投入，只修改控制中心程序，投入最低。
4.1.2 方案缺點(diǎn)：通過(guò)實(shí)際測試，A站事故跳閘后，電力監控系統跳開(kāi)臨站開(kāi)關(guān)的最快反應時(shí)間是1.5秒，不能滿(mǎn)足要求，而且也不能發(fā)送閉鎖臨站開(kāi)關(guān)的信號。
4.2 方案二
根據直流1500V聯(lián)跳原理，改造內容包括：
（1）用中間繼電器采集本站直流高壓柜內提供的聯(lián)跳輸出信號；
（2）增加出口繼電器控制柜內的跳閘繼電器；
（3）站內測控使用遠程控制模塊IGIC EN20310，該模塊通過(guò)以太網(wǎng)聯(lián)接實(shí)現遠程IO信號的傳送和邏輯編程功能，完成將本站信號遠傳給臨站，供臨站遠程控制模塊作為邏輯判斷的依據；
（4）各車(chē)站聯(lián)跳改造設備之間的通訊使用原有骨干通訊光纜的備用芯組成環(huán)網(wǎng)。
邏輯判斷框圖如圖3所示。
圖3 邏輯判斷框圖
4.2.1 對原有的聯(lián)跳二次回路改造內容為：
（1）每個(gè)饋出開(kāi)關(guān)柜的聯(lián)跳正負母線(xiàn)見(jiàn)加快速信號繼電器；
（2）在跳閘繼電器線(xiàn)圈上口與DC220V+之間加出口繼電器接點(diǎn)；
（3）所有DI、DO信號接入遠程控制模塊。
（4）負極柜的24V電源端子提供工作電源。
（5）取消聯(lián)跳電纜。
直流聯(lián)跳改造的二次原理圖如圖4所示。
圖4 大連快軌3號線(xiàn)直流聯(lián)跳改造二次原理圖
4.2.2 改造后的聯(lián)跳設備組網(wǎng)圖如圖5所示。
4.2.3 對聯(lián)跳改造方案二的測試步驟及數據
4.2.3 對聯(lián)跳改造方案二的測試步驟及數據
4.2.3.1 實(shí)驗室階段的測試
即在實(shí)驗室狀態(tài)下完成站站之間的聯(lián)跳動(dòng)作并作時(shí)間記錄，同時(shí)測試了通訊傳輸模式和硬接線(xiàn)模式的信號延時(shí)。
圖5 大連快軌3號線(xiàn)直流聯(lián)跳改造系統結構圖
（1）測試方法為首先將A站驗證機的DO1輸出繼電器接點(diǎn)接入本站DI2，編程將A站DI2的輸入控制聯(lián)跳B(niǎo)站DO2，將B站DO2輸出繼電器接點(diǎn)接入繼電保護測試儀，繼電保護測試儀輸出DC220V電壓接入B站DI1輸入繼電器（信號繼電器），記錄時(shí)間見(jiàn)表1。
表1 （單位為ms）
|
跳閘母線(xiàn)電壓 |
第1次 時(shí)間 |
第2次 時(shí)間 |
第3次 時(shí)間 |
第4次 時(shí)間 |
第5次 時(shí)間 |
第6次 時(shí)間 |
第7次 時(shí)間 |
第8次 時(shí)間 |
第9次 時(shí)間 |
第10次時(shí)間 |
|
215V |
110 |
107 |
106 |
111 |
107 |
88 |
102 |
81 |
100 |
98 |
|
220V |
114 |
128 |
67 |
87 |
92 |
85 |
88 |
114 |
132 |
109 |
|
225V |
99 |
109 |
94 |
98 |
118 |
82 |
100 |
88 |
104 |
125 |
|
網(wǎng)絡(luò )傳輸和程控延時(shí)（均值） |
38.8 |
42.3 |
29.5 |
34.3 |
37.8 |
27.5 |
33.3 |
32.2 |
41 |
40.3 |
時(shí)間計算方法如下：
T1=（T2-T3）/2-T3
式中，T1為網(wǎng)絡(luò )傳輸和程序控制延時(shí)；T2為實(shí)際測試的延時(shí)時(shí)間；T3為繼電器線(xiàn)圈動(dòng)作時(shí)間。
（2）同時(shí)，利用現有正常的聯(lián)跳電纜測試了站站之間的阻抗和容抗原因造成的信號傳輸延時(shí)，測試距離為4391米，測試方法為將B站的2根聯(lián)跳信號線(xiàn)短接，在A(yíng)站跳閘母線(xiàn)和返回端加信號繼電器，在A(yíng)站加跳閘母線(xiàn)電壓，測量2個(gè)繼電器動(dòng)作時(shí)間間隔，記錄時(shí)間見(jiàn)表2。
表1 （單位為ms）
|
跳閘母線(xiàn)電壓 |
第1次 時(shí)間 |
第2次 時(shí)間 |
第3次 時(shí)間 |
第4次 時(shí)間 |
第5次 時(shí)間 |
第6次 時(shí)間 |
第7次 時(shí)間 |
第8次 時(shí)間 |
第9次 時(shí)間 |
第10次時(shí)間 |
|
220V |
17 |
13 |
16 |
21 |
19 |
17 |
18 |
15 |
12 |
16 |
說(shuō)明：硬接線(xiàn)的信號傳輸延時(shí)為實(shí)測數據除2即可。
根據測試的時(shí)間數據，可以保證與故障點(diǎn)距離遠的一端開(kāi)關(guān)動(dòng)作要求。
4.2.3.2 現場(chǎng)階段的測試
變電所現場(chǎng)測試通訊及動(dòng)作可靠性測試，將驗證機按照圖5的方式連接到相鄰2個(gè)牽降所，進(jìn)行驗證機之間的通信及動(dòng)作可靠性測試，使用原有骨干光纜的備用芯進(jìn)行光信號通訊測試并記錄動(dòng)作時(shí)間。時(shí)間數據與實(shí)驗室階段獲得的數據基本吻合。
驗證控制信號傳輸功能，B站模擬加跳閘母線(xiàn)電壓，檢查A站相應跳閘繼電器是否動(dòng)作，共測試3種信號，0.5s脈沖、1s脈沖和永久閉鎖信號，A站能收到相同信號每種信號至少實(shí)驗10次，動(dòng)作可靠性為100%。
實(shí)現聯(lián)跳功能并測試可靠性步驟：
（1）鋪設驗證機箱到直流饋出開(kāi)關(guān)柜MC01（MC03）內的電纜，將相鄰車(chē)站的MC01（A站）、MC03（B站）開(kāi)關(guān)拉到實(shí)驗位，將開(kāi)關(guān)柜上的保護裝置時(shí)間調整同步，將驗證機端子和直流饋出開(kāi)關(guān)端子連接。
（2）連接后在2個(gè)開(kāi)關(guān)上加模擬直流1500V電壓，開(kāi)關(guān)合閘，A站做大電流脫扣實(shí)驗，檢查驗證機內的信號繼電器動(dòng)作是否正常。
（3）在A(yíng)、B站做驗證機內的跳閘繼電器強制輸出實(shí)驗，驗證跳閘功能正常；
（4）在A(yíng)站做MCO1大電流脫扣和過(guò)流跳閘實(shí)驗，檢查B站MC03動(dòng)作情況和閉鎖功能，連續3次，并通過(guò)保護裝置記錄的時(shí)間核對動(dòng)作延時(shí)。
（5）在B站做MCO3大電流脫扣和過(guò)流跳閘實(shí)驗，檢查A站MC01動(dòng)作情況和閉鎖功能，連續3次，并通過(guò)保護裝置記錄的時(shí)間核對動(dòng)作延時(shí)。
4.2.3.3 試運行階段的測試
（1）按照方案二的設計，選取3個(gè)相鄰牽降所，按照圖5所示在負極柜內安裝聯(lián)跳控制設備并連接到骨干光纜上，改造直流饋出開(kāi)關(guān)柜內聯(lián)跳二次回路并連接信號到遠程控制模塊，施工完畢后，首先實(shí)驗A站與B站聯(lián)跳功能、B站與C聯(lián)跳功能；
（2）測試完畢后退出B站饋出開(kāi)關(guān)，合縱聯(lián)開(kāi)關(guān)，保證B站聯(lián)跳控制設備帶電和饋出柜控制母線(xiàn)帶電，實(shí)驗A站與C站間的大雙邊聯(lián)跳功能，一切正常即可投入運行。另外，試運行期間的編程要加入對遠程控制模塊DI和DO的動(dòng)作計數功能，便于分析事故原因，試運行結束需要刪除這部分邏輯以提高設備反應速度。
試運行階段要定期檢查網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)是否穩定，遠控模塊中的動(dòng)作計數器是否變化等。
5 聯(lián)跳改造系統投運效果評測
（1）人力資源評測
通過(guò)對直流聯(lián)跳系統的改造，安保巡線(xiàn)人員只需對直流饋出開(kāi)關(guān)的上網(wǎng)電纜和回流電纜進(jìn)行巡視，巡視范圍和工作量大大降低，人員大為減少，可為運營(yíng)公司每年節省近百萬(wàn)元人力資本支出和車(chē)輛、設備使用費用。
（2）物資損耗評測
快軌3號線(xiàn)的直流聯(lián)跳改造費用總計在40萬(wàn)元左右，改造后，對原有盜損的聯(lián)跳電纜收回，用于補充其他系統低壓電纜，并不再敷設聯(lián)跳電纜和電纜防盜設備，兩項措施可為運營(yíng)公司每年節省約400萬(wàn)的費用。
（3）牽引供電安全效益評測
大連快軌3號線(xiàn)完成直流聯(lián)跳改造后，結束了長(cháng)時(shí)期內聯(lián)跳功能癱瘓的隱患，保證了牽降所供電設備和安全，確保了線(xiàn)路的安全運營(yíng)，具有明顯的直接和間接效益。
6 結束語(yǔ)
大連快軌3號線(xiàn)直流聯(lián)跳系統于改造完畢后，經(jīng)過(guò)半年多的運行檢驗，未發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)和其他異?，F象，滿(mǎn)足了供電系統的可靠性、靈敏性、速動(dòng)性的要求，為城市軌道交通牽引供電系統中直流饋線(xiàn)保護的設置提供了新的思路。
——轉自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號