大单边供电在地铁故障处置及运营组织中的应用

李宇辉

（南京铁道职业技术学院 运输管理学院，江苏 南京 210031)

随着我国地铁建设规模与运营里程不断增加，地铁的安全运行引起社会的广泛关注。在众多地铁安全事故中，地铁供电系统故障处置与恢复受到研究人员和地铁运营管理人员越来越多的重视，然而目前研究中鲜有针对大单边供电在地铁故障处置过程中的应用研究。虽然地铁变电所故障导致供电分区停电的事件在地铁运营工作中并不常见，但一旦发生将对线路运营造成较大的影响，采用大双边或大单边越区供电以恢复运营是国内外地铁应对这种故障的通用做法[1]。以南京地铁供电分区停电事件的处理过程为例，说明大单边供电在地铁故障处置及运营组织中的重要作用，总结人员配合、行车组织和运营调整等方面的实践经验，为地铁供电类故障的应急处置工作提供有益的借鉴。

1 大单边供电的特点分析

地铁供电系统能够影响到运营服务的主要故障包括大面积停电、牵引变电所停电、供电分区停电等，大单边供电是应对牵引变电所停电和供电分区停电的一种特殊供电方式。

大单边供电是指正常情况下采用单边供电方式的地铁线路末端供电分区，在向其供电的牵引变电所故障解列时失电，供电调度员(以下简称“电调”)利用相邻的牵引变电所的过负荷能力向其跨区供电以维持线路运行的一种特殊供电方式，大单边供电示意图如图1所示，线路末端故障牵引变电所右侧线路的供电方式由单边供电改为大单边供电。由于位置特殊，大单边供电在牵引变电所故障应急处置中很少采用，而经常被采用的是大双边供电。大双边供电是指电调利用故障牵引变电所两侧的两个牵引变电所共同负担受影响供电分区负荷的供电方式。

图1 大单边供电示意图Fig.1 Large one-way feeding

大双边供电和大单边供电对比如表1所示，可以看出，大双边供电和大单边供电从性质、启动时机等方面基本相同，但从发生概率、可靠性和运营调整难度方面有明显的区别。在实际工作中，正是由于大单边供电发生的概率低、运营调整难度大，且可靠性低，因而更需要调度员熟练掌握其使用方法，以保证应急处置和运营调整的安全执行。

表1 大双边供电和大单边供电对比Tab.1 Comparison between large two-way feeding and large one-way feeding

2 大单边供电在运营组织中的应用

2.1 大单边供电时的电调和行调操作要求

由于大单边供电相对于大双边供电发生的概率低，且在应急处置和运营调整中需要相关的电调和行车调度员(以下简称“行调”)充分配合、协调指挥，因而要求调度员严格执行相关的安全操作和行车组织规定。

（1）使用纵向隔离开关的安全操作规定。当牵引变电所故障解列时，利用电分段处的纵向电动隔离开关构成大单边供电，使整座牵引变电所退出运行，接触网运行不受故障牵引变电所的影响，利用纵向电动隔离开关构成大单边供电示意图如图2所示，图中2台纵向电动隔离开关1ZDG、2ZDG处于合闸状态。

图2 利用纵向电动隔离开关构成大单边供电示意图Fig.2 Large one-way feeding using longitudinal electric disconnector

由于纵向电动隔离开关操作不当可能带来严重的安全事故，因而电调必须严格检查确认满足以下3个联锁条件后方可操作：①确认纵向电动隔离开关两侧的接触网没有电压；②检查故障牵引变电所向上(下)行接触网馈电的2路馈出开关与左右两侧相邻牵引变电所向同一馈电区供电的2路馈出开关皆处于分闸状态；③确认故障牵引变电所向上(下)行接触网馈电的2路馈出开关处于分闸状态后，行调确定该区间无车辆运行[2]。这3项检查是为了保证纵向电动隔离开关两侧的馈电区均处于无电压状态，且失电区域列车全部降弓，防止带电操作纵向电动隔离开关给牵引供电设备和列车带来损害。

（2）行车组织中严格执行“三检查一限速”的规定。“三检查一限速”是控制中心针对供电分区停电类故障应急处置中采取的设备检查和行车调整措施，目的是在采取相应措施恢复供电前后，保证供电设备的运行安全和失电区域列车的行车安全。其中，“三检查”是指：①检查设备、设施状态，失电区段运行的列车司机和专业人员检查接触网、线路及隧道结构状态；②检查弓网配合情况，沿途各站检查通过事发地点的列车弓网配合情况，确认有无异常打火等现象；③检查车辆状态，失电区域列车司机检查列车状态是否正常，如网压、司机显示单元(DDU)上故障报警信息等，同时相关车站人员还要检查列车走行部是否产生异响等。“一限速”是指失电区段列车在后续区段限速25 km/h运行，后续列车通过失电区段时限速25 km/h运行[3]。

当发生接触网跳闸事件时，对于通过事发区段的列车应执行“三检查一限速”，若后续1至3站均报列车弓网配合无异常，则可逐步提高限速值，直至恢复正常速度[4]。通过“三检查一限速”的措施，能够帮助电调快速寻找故障点，有效防止停电区域恢复供电后，由于后续措施没有跟进而疏忽其他故障点的出现，并造成故障区域再次停电事件发生。

2.2 不同故障点的处置方法

当地铁线路供电分区停电事件发生时，电调需要第一时间采用排除法判断出导致停电的故障点位置，确定其分布在停电分区两侧的牵引变电所内，还是在牵引变电所间的接触网上[5]，从而判断出停电的原因是变电所故障还是接触网故障。

若为变电所故障导致供电分区停电，则在安排人员进行设备抢修的同时，电调还要在行调的配合下，运用大单边或大双边越区供电方式，合上牵引变电所2个馈电线间的越区开关，即可在5 ~ 6 min内恢复停电分区的供电，加上行调安排列车进站停车、升降弓和运营调整的时间，一般来说30 min内能够处置完成，因而无需对迫停在区间的列车进行清客[6]。

若电调判断故障点在2个牵引变电所间的接触网上，则电调必须立即派出检修人员沿线路查找，找到故障点后还要根据故障情况判断是否需要向行调申请出动检修车配合检修[7]。即使无需出动检修车，使用车梯等简易设备即能够完成故障抢修，但由于检修人员必须下到轨行区，所以行调必须对故障区间进行封锁，以保证抢修人员和设备的安全。这将导致抢修时间较长，因而，一旦电调确认故障点在接触网上，行调将立即对迫停在区间的列车下达清客命令[8]，以避免乘客受困区间时间过长引发的各种问题。在实际工作中，变电所故障导致供电分区停电发生的概率约为接触网故障的2倍，即多数的供电分区停电故障能够得到快速处理。接触网停电应急处置流程如图3所示。

图3 地铁线路供电分区停电处置流程Fig.3 Handling process of power failure in power supply zones of metro lines

若发生需要相关人员进入轨行区寻找故障点或抢修供电设备时，行调只需封锁故障区间后交给电调或设备维修调度员，不同工作职能的调度员间不需要太多的配合。但对于需要越区送电的牵引变电所故障处置来说，行调和电调间的密切配合、统一行动非常重要，稍有失误即可能造成严重后果，这主要表现在2个方面：①电调在查找故障点前需与行调确认列车降弓。接触网停电事件发生后，电调的首要任务是查找故障点，进而安排接触网检修人员抢修接触网，或高压供电检修人员抢修牵引变电所。由于查找故障点的过程中需要进行开合部分断路器的倒闸作业，因而电调必须与行调确认故障区所有列车已停车降弓；②电调在越区送电前需与行调确认列车调整到位。电调在大单边供电送电前，由于停电供电分区需要短暂停电，因而电调切不可盲目更改供电方式，而是必须等行调确认相关列车折返完成或进站停车降弓后，才能按照倒闸作业程序进行越区送电。

综上所述，由于在越区供电中需要电调和行调的密切配合，因而在类似应急处置过程中调度长会指定一名行调和一名电调全权负责，其他人只配合处置，这样就避免了多头指挥带来的安全隐患。

3 供电分区停电事件应急处置实例

在2020年12月3日南京地铁1号线的一次因牵引变电所框架保护造成的供电分区停电事件中，南京地铁珠江路控制中心的行调和电调密切配合，运用大单边供电的方式在很短的时间内恢复了失电区域的供电，将供电设备故障对列车运营的影响控制在了很小的范围内。处置过程如下。

16 : 26控制中心供电远动系统(SCADA) 报警：红山牵引所211，212，213，214断路器自动跳闸，故障区域牵引变电所示意图如图4所示。红山牵引所4个开关跳闸的结果是A7，B7供电分区失电，A6，B6供电分区由双边供电变为单边供电。调度长立即启动相应应急预案，并进行故障信息的通报。电调通过SCADA系统发现报警记录中仅红山牵引所开关柜严重故障跳闸并合闸闭锁的信息，经过与新模范牵引所值班员联系，确认新模范牵引所213，214开关没有联跳，因而基本判断故障在所内，接触网应该无异常[9]。

图4 故障区域牵引变电所示意图Fig.4 Traction substation in the failure area

16 : 26行调命令失电分区内的上行1116次列车惰行进迈皋桥，进站后降弓，做好客室广播，A7，B7供电分区失电示意图如图5所示。

图5 A7、B7供电分区失电示意图Fig.5 Power failure of A7 and B7 power supply zones

16 : 28设备维修调度员得到电调通知后，派高压供电人员立即赶往红山牵引所故障抢修，电调通知行调新模范—红山下行准备大单边越区供电，A6供电分区需短时停电。行调通知区间0813次车进南京站后降弓，通知南京站上行扣车，同时下放南京站信号设备控制权，要求相关各站做好乘客服务，并进行全线运营调整。

16 : 29开始，电调和行调密切配合，通过倒闸作业实现了大单边供电，恢复了失电区域的供电，同时保证了列车运行的安全，具体采取了以下措施。

（1）行调通知南京站、2302次司机准备在南京站清客，经渡线折返至下行开2303次载客，要求车站负责配合清客并排列折返进路。

（2）电调分红山牵引所2111，2121，2131，2141隔离开关，彻底断开故障牵引所后，安排高压供电维修人员开始抢修。

（3）电调在接到行调“0813次已经在南京站停车降弓，南京站至迈皋桥下行没有其他列车”的通知后，按照“分新模范213开关，合红山2113越区开关，合新模范213开关”的倒闸顺序，经过A6供电分区的短暂停电后，通过大单边供电方式恢复了下行A7分区供电。

（4）在0813次从南京站开出，2302次经渡线折返至南京站下行站台后，在得到行调“1116次已经在迈皋桥停车降弓，新模范至迈皋桥上行没有其他列车”的通知后，按照“分新模范214开关，合红山2124越区开关，合新模范214开关”的倒闸顺序，经过B6供电分区的短暂停电后，通过大单边供电方式恢复了下行B7分区供电。

综合以上处理过程，这次牵引变电所框架保护导致的供电分区停电事件得到快速有效的处置，其主要原因在于，电调迅速地判断出故障点在红山牵引变电所内，随后电调在行调的密切配合下，在相关区域的列车全部停车降弓，并满足操作纵向电动隔离开关操作的条件后，果断使用大单边供电方式恢复了失电分区的供电，是一次非常成功的牵引变电所故障应急处置过程。

4 供电分区停电类故障处置的探讨

地铁运营过程中一旦出现供电分区停电，往往会给运营工作带来严重影响。但是，从所描述的案例来看，如果调度员思路清晰、采取措施得当，相当一部分的此类故障还是能够得到较为迅速的处理，对运营工作的影响也能降到最低。同时，通过实际工作总结，可以获得一些经验。

4.1 故障区列车数量和运行速度的控制

越区供电送电成功后，一般行调需要考虑对故障区列车的数量和运行速度进行一定的控制，避免因牵引变电所过载造成供电分区再次跳闸情况的发生[10]。

（1）控制列车数量。如果出现案例中的情况，故障区只有少量列车，则列车可很快恢复正常运行，然而，在高峰期列车密度很大的情况下，由于大单边运行时负责越区供电的牵引变电所的负荷增大很多，列车全部恢复正常运行可能会超过牵引变电所的负荷能力，因而行调需要在电调的指导下，采取逐步启动列车、命令列车单弓或限速运行等措施，谨慎地逐渐恢复列车运行。

（2）控制列车速度。在越区送电成功后，一般行调会按照“升单弓—升双弓—限速25 km/h—恢复正常速度”的顺序，命令故障区列车逐步恢复正常运行。如果故障区列车运行正常，对于后续进入故障区的列车，行调命令其限速25 km/h 运行至跳闸时前次列车所在位置，如未再次发生接触网跳闸，则可恢复正常速度运行。

4.2 越区送电的应用条件

在南京地铁案例中，由于故障区只有个别列车运行，因而电调按照先下行后上行的顺序，顺利恢复了A7，B7分区的供电，但在列车运行密度很大的时段，如果发生同样的供电分区停电，在采用大单边越区供电时，行调除了必须考虑前述的控制列车数量、速度等问题外，还要考虑到承担越区供电的新模范牵引变电所负荷有可能无法同时向上行B7和下行A7供电的情况，如果只能向其中一个分区供电，则必须考虑到运营调整的便利。

利用南京站渡线进行运营调整如图6所示，如果行调与电调决定先进行上行方向的越区送电，开通了B7供电分区，则行调可以命令上行列车到达迈皋桥站后原路折返，反方向运行至南京站后经单渡线折至南京站下行站台，这样的调整方式使得A7分区即使无法恢复供电，也基本不影响红山和迈皋桥2个站的运营；反之，如果先恢复下行A7分区的供电，而上行B7分区无法恢复的话，则南京站至迈皋桥的3个站只有通过列车“小交路+拉风箱”的方式维持运营，显然不如上行线原路折返简单便利。

图6 利用南京站渡线进行运营调整Fig.6 Operation adjustment using the crossover of Nanjing Railway Station

5 结束语

在阐述大单边供电方式在供电分区停电故障处置中应用的基础上，着重分析总结了将大单边供电运用于运营调整时的应急处置原则和行车组织经验，同时，实际运营案例也说明正确使用大单边供电能够安全快速地恢复部分停电线路的供电和运营。因此，大单边供电方式的熟练运用对于地铁调度员在处置供电分区停电故障时具有较高的借鉴价值。采用大单边供电方式有3个注意事项：一是使用纵向隔离开关必须保证隔离开关两侧馈电区均处于无电压状态，且失电区域列车全部降弓；二是恢复供电前后的行车组织必须执行“三检查一限速”的规定，大单边供电送电成功后，必须对故障区列车的数量和运行速度进行一定的控制，避免因牵引变电所过载造成供电分区再次失电；三是越区供电方案的制订必须考虑运营调整的便利。