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作者简介：谢常宝，电气工程师，现就职于大连现代轨道交通有限公司金马快轨运营分公司。
摘 要：本文详细介绍了大连快轨三号线牵引供电系统中直流1500V联跳信号的传输由电缆改为光缆的原理和改造情况。通过实例介绍，希望对轨道交通系统的工作同行具有参考作用。
关键词：轨道交通；直流牵引；双边联跳；区间供电；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 大连快轨3号线概况
大连快轨3号线是大连市轨道交通路网规划中的三号线。线路起点位于大连火车站，终点至国家级旅游度假区金石滩，线路全长约49.15km。全线设车站14座，车辆段1处，控制中心1处，其中地面站6座，高架站8座，途经香炉礁站、金家街站、泉水站、后盐站、大连湾站、金马站、开发区站、保税区站、双D港站，预留高城山站、小窑湾站、黄海大道站。全线各车站均设置变电所，其中开发区站为降压变电所外，其余为牵引降压混合变电所。
2 大连快轨3号线直流1500V供电系统联跳原理
大连快轨3号线采用直流1500V接触网供电方式，通过相邻牵引降压混合变电所的直流馈线开关（MC01—MC06）对同一区间的接触网同时供电，以增强系统可靠性。直流供电系统图见图1。
图1 大连快轨3号线直流供电系统图
直流馈线保护中设置有双边联跳保护和大双边联跳保护，联跳运行方式如下：
（1）对上行线，本站MC01开关故障跳闸时，输出一个DC220v信号联跳左侧车站MC03；本站MC03开关故障时跳闸时，输出一个DC220v信号联跳右侧车站MC01；
（2）对下行线，本站MC04开关故障跳闸时，输出一个DC220v信号联跳左侧车站MC06；本站MC06开关故障时跳闸时，输出一个DC220v信号联跳右侧车站MC04；
（3）如果本站开关因故障退出，合上纵联开关后实行大双边供电。在临站开关故障时，联跳信号通过本站纵联开关辅助接点，转发到下一站实现大双边联跳；
（4）直流馈出开关柜内提供的联跳输出信号有两种，一种为0.5秒脉冲联跳邻站开关，一种为持续信号联跳并闭锁邻站开关；
（5）联跳信号通过在沿线敷设的7×6mm2电缆进行传输。
直流联跳的二次原理图如图2所示。
图2 大连快轨3号线直流联跳二次原理图
3 联跳系统运行情况
联跳信号通过电缆传输的方式在快轨3号线运营初期一直十分稳定、安全，对快轨运营发挥了重要作用。
但近年来，国内盗窃电线、电缆设施十分猖獗，快轨交通亦不例外，其中沿线敷设的近50公里7×6mm2联跳电缆绝大部分被盗割，快轨运营公司曾经投入大量的人力、物力恢复联跳系统，以确保安全运营。由于大连快轨3号线80%的区段都地处城郊，各车站站间距离较大，城市规模不断扩大，流动人口大量增加，虽然采取了在重点路段设置专人夜间巡线；在联跳电缆上加装电缆防盗报警器；在电缆沟内加固电缆等多种防盗措施加强防盗工作，但联跳电缆被盗现象依然无法遏止，致使全线80%的联跳系统不能正常运行，联跳系统彻底瘫痪，牵引供电系统存在重大安全隐患。要恢复联跳系统，几乎要对全线重新敷设近40公里联跳电缆，需投入大量资金，并仍然存在丢失的风险。
通过分析，在目前没有更有效制止电缆盗损方法的情况下，决定利用光缆传输实现直流1500V系统的联跳功能。
4 直流1500V联跳改造实施方案
4.1 方案一
使用现有电力监控系统监测事故车站直流开关跳闸信号，并在控制中心通过程序控制相邻车站的开关动作实现联跳功能。
4.1.1 方案优点：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 方案缺点：通过实际测试，A站事故跳闸后，电力监控系统跳开临站开关的最快反应时间是1.5秒，不能满足要求，而且也不能发送闭锁临站开关的信号。
4.2 方案二
根据直流1500V联跳原理，改造内容包括：
（1）用中间继电器采集本站直流高压柜内提供的联跳输出信号；
（2）增加出口继电器控制柜内的跳闸继电器；
（3）站内测控使用远程控制模块IGIC EN20310，该模块通过以太网联接实现远程IO信号的传送和逻辑编程功能，完成将本站信号远传给临站，供临站远程控制模块作为逻辑判断的依据；
（4）各车站联跳改造设备之间的通讯使用原有骨干通讯光缆的备用芯组成环网。
逻辑判断框图如图3所示。
图3 逻辑判断框图
4.2.1 对原有的联跳二次回路改造内容为：
（1）每个馈出开关柜的联跳正负母线见加快速信号继电器；
（2）在跳闸继电器线圈上口与DC220V+之间加出口继电器接点；
（3）所有DI、DO信号接入远程控制模块。
（4）负极柜的24V电源端子提供工作电源。
（5）取消联跳电缆。
直流联跳改造的二次原理图如图4所示。
图4 大连快轨3号线直流联跳改造二次原理图
4.2.2 改造后的联跳设备组网图如图5所示。
4.2.3 对联跳改造方案二的测试步骤及数据
4.2.3 对联跳改造方案二的测试步骤及数据
4.2.3.1 实验室阶段的测试
即在实验室状态下完成站站之间的联跳动作并作时间记录，同时测试了通讯传输模式和硬接线模式的信号延时。
图5 大连快轨3号线直流联跳改造系统结构图
（1）测试方法为首先将A站验证机的DO1输出继电器接点接入本站DI2，编程将A站DI2的输入控制联跳B站DO2，将B站DO2输出继电器接点接入继电保护测试仪，继电保护测试仪输出DC220V电压接入B站DI1输入继电器（信号继电器），记录时间见表1。
表1 （单位为ms）
|
跳闸母线电压 |
第1次 时间 |
第2次 时间 |
第3次 时间 |
第4次 时间 |
第5次 时间 |
第6次 时间 |
第7次 时间 |
第8次 时间 |
第9次 时间 |
第10次时间 |
|
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 |
|
网络传输和程控延时（均值） |
38.8 |
42.3 |
29.5 |
34.3 |
37.8 |
27.5 |
33.3 |
32.2 |
41 |
40.3 |
时间计算方法如下：
T1=（T2-T3）/2-T3
式中，T1为网络传输和程序控制延时；T2为实际测试的延时时间；T3为继电器线圈动作时间。
（2）同时，利用现有正常的联跳电缆测试了站站之间的阻抗和容抗原因造成的信号传输延时，测试距离为4391米，测试方法为将B站的2根联跳信号线短接，在A站跳闸母线和返回端加信号继电器，在A站加跳闸母线电压，测量2个继电器动作时间间隔，记录时间见表2。
表1 （单位为ms）
|
跳闸母线电压 |
第1次 时间 |
第2次 时间 |
第3次 时间 |
第4次 时间 |
第5次 时间 |
第6次 时间 |
第7次 时间 |
第8次 时间 |
第9次 时间 |
第10次时间 |
|
220V |
17 |
13 |
16 |
21 |
19 |
17 |
18 |
15 |
12 |
16 |
说明：硬接线的信号传输延时为实测数据除2即可。
根据测试的时间数据，可以保证与故障点距离远的一端开关动作要求。
4.2.3.2 现场阶段的测试
变电所现场测试通讯及动作可靠性测试，将验证机按照图5的方式连接到相邻2个牵降所，进行验证机之间的通信及动作可靠性测试，使用原有骨干光缆的备用芯进行光信号通讯测试并记录动作时间。时间数据与实验室阶段获得的数据基本吻合。
验证控制信号传输功能，B站模拟加跳闸母线电压，检查A站相应跳闸继电器是否动作，共测试3种信号，0.5s脉冲、1s脉冲和永久闭锁信号，A站能收到相同信号每种信号至少实验10次，动作可靠性为100%。
实现联跳功能并测试可靠性步骤：
（1）铺设验证机箱到直流馈出开关柜MC01（MC03）内的电缆，将相邻车站的MC01（A站）、MC03（B站）开关拉到实验位，将开关柜上的保护装置时间调整同步，将验证机端子和直流馈出开关端子连接。
（2）连接后在2个开关上加模拟直流1500V电压，开关合闸，A站做大电流脱扣实验，检查验证机内的信号继电器动作是否正常。
（3）在A、B站做验证机内的跳闸继电器强制输出实验，验证跳闸功能正常；
（4）在A站做MCO1大电流脱扣和过流跳闸实验，检查B站MC03动作情况和闭锁功能，连续3次，并通过保护装置记录的时间核对动作延时。
（5）在B站做MCO3大电流脱扣和过流跳闸实验，检查A站MC01动作情况和闭锁功能，连续3次，并通过保护装置记录的时间核对动作延时。
4.2.3.3 试运行阶段的测试
（1）按照方案二的设计，选取3个相邻牵降所，按照图5所示在负极柜内安装联跳控制设备并连接到骨干光缆上，改造直流馈出开关柜内联跳二次回路并连接信号到远程控制模块，施工完毕后，首先实验A站与B站联跳功能、B站与C联跳功能；
（2）测试完毕后退出B站馈出开关，合纵联开关，保证B站联跳控制设备带电和馈出柜控制母线带电，实验A站与C站间的大双边联跳功能，一切正常即可投入运行。另外，试运行期间的编程要加入对远程控制模块DI和DO的动作计数功能，便于分析事故原因，试运行结束需要删除这部分逻辑以提高设备反应速度。
试运行阶段要定期检查网络状态是否稳定，远控模块中的动作计数器是否变化等。
5 联跳改造系统投运效果评测
（1）人力资源评测
通过对直流联跳系统的改造，安保巡线人员只需对直流馈出开关的上网电缆和回流电缆进行巡视，巡视范围和工作量大大降低，人员大为减少，可为运营公司每年节省近百万元人力资本支出和车辆、设备使用费用。
（2）物资损耗评测
快轨3号线的直流联跳改造费用总计在40万元左右，改造后，对原有盗损的联跳电缆收回，用于补充其他系统低压电缆，并不再敷设联跳电缆和电缆防盗设备，两项措施可为运营公司每年节省约400万的费用。
（3）牵引供电安全效益评测
大连快轨3号线完成直流联跳改造后，结束了长时期内联跳功能瘫痪的隐患，保证了牵降所供电设备和安全，确保了线路的安全运营，具有明显的直接和间接效益。
6 结束语
大连快轨3号线直流联跳系统于改造完毕后，经过半年多的运行检验，未发生误动、拒动和其他异常现象，满足了供电系统的可靠性、灵敏性、速动性的要求，为城市轨道交通牵引供电系统中直流馈线保护的设置提供了新的思路。
——转自《自动化博览》
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