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作者簡介：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分公司。
摘 要：本文詳細介紹了大連快軌三號線牽引供電系統中直流1500V聯跳信號的傳輸由電纜改為光纜的原理和改造情況。通過實例介紹，希望對軌道交通系統的工作同行具有參考作用。
關鍵詞：軌道交通；直流牽引；雙邊聯跳；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號線概況
大連快軌3號線是大連市軌道交通路網規劃中的三號線。線路起點位于大連火車站，終點至國家級旅游度假區金石灘，線路全長約49.15km。全線設車站14座，車輛段1處，控制中心1處，其中地面站6座，高架站8座，途經香爐礁站、金家街站、泉水站、后鹽站、大連灣站、金馬站、開發區站、保稅區站、雙D港站，預留高城山站、小窯灣站、黃海大道站。全線各車站均設置變電所，其中開發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號線直流1500V供電系統聯跳原理
大連快軌3號線采用直流1500V接觸網供電方式，通過相鄰牽引降壓混合變電所的直流饋線開關（MC01—MC06）對同一區間的接觸網同時供電，以增強系統可靠性。直流供電系統圖見圖1。
圖1 大連快軌3號線直流供電系統圖
直流饋線保護中設置有雙邊聯跳保護和大雙邊聯跳保護，聯跳運行方式如下：
（1）對上行線，本站MC01開關故障跳閘時，輸出一個DC220v信號聯跳左側車站MC03；本站MC03開關故障時跳閘時，輸出一個DC220v信號聯跳右側車站MC01；
（2）對下行線，本站MC04開關故障跳閘時，輸出一個DC220v信號聯跳左側車站MC06；本站MC06開關故障時跳閘時，輸出一個DC220v信號聯跳右側車站MC04；
（3）如果本站開關因故障退出，合上縱聯開關后實行大雙邊供電。在臨站開關故障時，聯跳信號通過本站縱聯開關輔助接點，轉發到下一站實現大雙邊聯跳；
（4）直流饋出開關柜內提供的聯跳輸出信號有兩種，一種為0.5秒脈沖聯跳鄰站開關，一種為持續信號聯跳并閉鎖鄰站開關；
（5）聯跳信號通過在沿線敷設的7×6mm2電纜進行傳輸。
直流聯跳的二次原理圖如圖2所示。
圖2 大連快軌3號線直流聯跳二次原理圖
3 聯跳系統運行情況
聯跳信號通過電纜傳輸的方式在快軌3號線運營初期一直十分穩定、安全，對快軌運營發揮了重要作用。
但近年來，國內盜竊電線、電纜設施十分猖獗，快軌交通亦不例外，其中沿線敷設的近50公里7×6mm2聯跳電纜絕大部分被盜割，快軌運營公司曾經投入大量的人力、物力恢復聯跳系統，以確保安全運營。由于大連快軌3號線80%的區段都地處城郊，各車站站間距離較大，城市規模不斷擴大，流動人口大量增加，雖然采取了在重點路段設置專人夜間巡線；在聯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，但聯跳電纜被盜現象依然無法遏止，致使全線80%的聯跳系統不能正常運行，聯跳系統徹底癱瘓，牽引供電系統存在重大安全隱患。要恢復聯跳系統，幾乎要對全線重新敷設近40公里聯跳電纜，需投入大量資金，并仍然存在丟失的風險。
通過分析，在目前沒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現直流1500V系統的聯跳功能。
4 直流1500V聯跳改造實施方案
4.1 方案一
使用現有電力監控系統監測事故車站直流開關跳閘信號，并在控制中心通過程序控制相鄰車站的開關動作實現聯跳功能。
4.1.1 方案優點：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：通過實際測試，A站事故跳閘后，電力監控系統跳開臨站開關的最快反應時間是1.5秒，不能滿足要求，而且也不能發送閉鎖臨站開關的信號。
4.2 方案二
根據直流1500V聯跳原理，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，該模塊通過以太網聯接實現遠程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）各車站聯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網。
邏輯判斷框圖如圖3所示。
圖3 邏輯判斷框圖
4.2.1 對原有的聯跳二次回路改造內容為：
（1）每個饋出開關柜的聯跳正負母線見加快速信號繼電器；
（2）在跳閘繼電器線圈上口與DC220V+之間加出口繼電器接點；
（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）取消聯跳電纜。
直流聯跳改造的二次原理圖如圖4所示。
圖4 大連快軌3號線直流聯跳改造二次原理圖
4.2.2 改造后的聯跳設備組網圖如圖5所示。
4.2.3 對聯跳改造方案二的測試步驟及數據
4.2.3 對聯跳改造方案二的測試步驟及數據
4.2.3.1 實驗室階段的測試
即在實驗室狀態下完成站站之間的聯跳動作并作時間記錄，同時測試了通訊傳輸模式和硬接線模式的信號延時。
圖5 大連快軌3號線直流聯跳改造系統結構圖
（1）測試方法為首先將A站驗證機的DO1輸出繼電器接點接入本站DI2，編程將A站DI2的輸入控制聯跳B站DO2，將B站DO2輸出繼電器接點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），記錄時間見表1。
表1 （單位為ms）
|
跳閘母線電壓 |
第1次 時間 |
第2次 時間 |
第3次 時間 |
第4次 時間 |
第5次 時間 |
第6次 時間 |
第7次 時間 |
第8次 時間 |
第9次 時間 |
第10次時間 |
|
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 |
|
網絡傳輸和程控延時（均值） |
38.8 |
42.3 |
29.5 |
34.3 |
37.8 |
27.5 |
33.3 |
32.2 |
41 |
40.3 |
時間計算方法如下：
T1=（T2-T3）/2-T3
式中，T1為網絡傳輸和程序控制延時；T2為實際測試的延時時間；T3為繼電器線圈動作時間。
（2）同時，利用現有正常的聯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，測試距離為4391米，測試方法為將B站的2根聯跳信號線短接，在A站跳閘母線和返回端加信號繼電器，在A站加跳閘母線電壓，測量2個繼電器動作時間間隔，記錄時間見表2。
表1 （單位為ms）
|
跳閘母線電壓 |
第1次 時間 |
第2次 時間 |
第3次 時間 |
第4次 時間 |
第5次 時間 |
第6次 時間 |
第7次 時間 |
第8次 時間 |
第9次 時間 |
第10次時間 |
|
220V |
17 |
13 |
16 |
21 |
19 |
17 |
18 |
15 |
12 |
16 |
說明：硬接線的信號傳輸延時為實測數據除2即可。
根據測試的時間數據，可以保證與故障點距離遠的一端開關動作要求。
4.2.3.2 現場階段的測試
變電所現場測試通訊及動作可靠性測試，將驗證機按照圖5的方式連接到相鄰2個牽降所，進行驗證機之間的通信及動作可靠性測試，使用原有骨干光纜的備用芯進行光信號通訊測試并記錄動作時間。時間數據與實驗室階段獲得的數據基本吻合。
驗證控制信號傳輸功能，B站模擬加跳閘母線電壓，檢查A站相應跳閘繼電器是否動作，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驗10次，動作可靠性為100%。
實現聯跳功能并測試可靠性步驟：
（1）鋪設驗證機箱到直流饋出開關柜MC01（MC03）內的電纜，將相鄰車站的MC01（A站）、MC03（B站）開關拉到實驗位，將開關柜上的保護裝置時間調整同步，將驗證機端子和直流饋出開關端子連接。
（2）連接后在2個開關上加模擬直流1500V電壓，開關合閘，A站做大電流脫扣實驗，檢查驗證機內的信號繼電器動作是否正常。
（3）在A、B站做驗證機內的跳閘繼電器強制輸出實驗，驗證跳閘功能正常；
（4）在A站做MCO1大電流脫扣和過流跳閘實驗，檢查B站MC03動作情況和閉鎖功能，連續3次，并通過保護裝置記錄的時間核對動作延時。
（5）在B站做MCO3大電流脫扣和過流跳閘實驗，檢查A站MC01動作情況和閉鎖功能，連續3次，并通過保護裝置記錄的時間核對動作延時。
4.2.3.3 試運行階段的測試
（1）按照方案二的設計，選取3個相鄰牽降所，按照圖5所示在負極柜內安裝聯跳控制設備并連接到骨干光纜上，改造直流饋出開關柜內聯跳二次回路并連接信號到遠程控制模塊，施工完畢后，首先實驗A站與B站聯跳功能、B站與C聯跳功能；
（2）測試完畢后退出B站饋出開關，合縱聯開關，保證B站聯跳控制設備帶電和饋出柜控制母線帶電，實驗A站與C站間的大雙邊聯跳功能，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絡狀態是否穩定，遠控模塊中的動作計數器是否變化等。
5 聯跳改造系統投運效果評測
（1）人力資源評測
通過對直流聯跳系統的改造，安保巡線人員只需對直流饋出開關的上網電纜和回流電纜進行巡視，巡視范圍和工作量大大降低，人員大為減少，可為運營公司每年節省近百萬元人力資本支出和車輛、設備使用費用。
（2）物資損耗評測
快軌3號線的直流聯跳改造費用總計在40萬元左右，改造后，對原有盜損的聯跳電纜收回，用于補充其他系統低壓電纜，并不再敷設聯跳電纜和電纜防盜設備，兩項措施可為運營公司每年節省約400萬的費用。
（3）牽引供電安全效益評測
大連快軌3號線完成直流聯跳改造后，結束了長時期內聯跳功能癱瘓的隱患，保證了牽降所供電設備和安全，確保了線路的安全運營，具有明顯的直接和間接效益。
6 結束語
大連快軌3號線直流聯跳系統于改造完畢后，經過半年多的運行檢驗，未發生誤動、拒動和其他異常現象，滿足了供電系統的可靠性、靈敏性、速動性的要求，為城市軌道交通牽引供電系統中直流饋線保護的設置提供了新的思路。
——轉自《自動化博覽》
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