大連快軌3號線供電系統擴能改造方案研究

李國勝，尹魁元

0 引言

城市軌道交通在國內發展迅速，北京、上海、廣州等一線城市軌道交通運行模式已初具規模，隨著城市規模的不斷擴大，城市人口的不斷增加，未來城市軌道交通除需發展新建線路外，既有線路擴能改造工程將會越來越多。

大連快軌3號線日均客流量已突破15萬，且規劃中與之接軌的大連金普線與大連 3號線延伸線項目已經啟動，未來3號線運力需求與供給矛盾將繼續加大，需要對其進行擴能改造建設。供電系統是擴能改造一個重要部分，通過對供電能力和既有設備詳細分析，研究、制定合理的供電系統擴能改造方案對整個擴能改造工程具有重要意義。同時，對既有線路擴能改造工程的深入研究也可以為新建城軌工程提供一定的參考。

1 既有線路情況

大連快軌 3號線為大連市軌道交通路網中主骨架線路，起于大連火車站，止于金石灘站，全長48.882 km，2004年通車運行。

該線供電系統采用分散供電方式，全線進線電源是從后一路為前一路的備用電源，整個外部電源構成“手拉手”運行方式。共設牽引變電所12座，其中正線11座，車輛段1座，正線牽引變電所除1座設于區間外，其余牽引所均與降壓變電所合建為牽引降壓混合變電所。接觸網采用全補償簡單鏈形懸掛方式。既有接觸網導線配置情況見表1。

表1 既有接觸網導線配置表

2 牽引供電計算

首先核實既有線路的供電能力，牽引供電計算先按改造后列車運行方式對既有 3號線供電設施能力進行校驗，通過計算得出供電能力薄弱環節，然后針對薄弱點對改造范圍內供電設施進行補強，最后按照最新的供電設施布置方案對其能力重新校驗。

2.1 計算參數

（1）車輛選擇。采用B型車，3輛動車2輛拖車，5輛編組，軸功率按180 kW考慮，列車最高運行速度為100 km/h。

（2）行車組織。采用大小交路結合方案，近期、遠期行車對數如圖1所示。

圖1 近期、遠期列車交路圖

（3）線路資料。按照既有線路平面圖，既有線路縱斷面圖進行計算。

2.2 牽引供電計算結果

牽引變電所總功率按正常雙邊供電計算；當有牽引所故障解列時按大雙邊供電計算。單邊供電列車啟動時最大電壓損失在供電區的終點；雙邊供電啟動時最大電壓損失發生在供電區的中點?？紤]線損，分別求得既有牽引所正常狀態和故障狀態下的牽引網網壓。既有方案供電計算結果如表2和表3所示。

表2 既有方案正常狀態下供電計算結果表

表3 既有方案故障狀態下供電計算結果表

由表2、表3的計算結果可以看出，既有牽引變電所分布方案難以適應改造后的列車運行要求，大連灣牽引所解列大雙邊供電區間10.135 km，牽引網最低網壓954 V，保稅區牽引所解列大雙邊供電區間11.502 km，最低網壓931 V，不能滿足接觸網最低網壓1000 V的要求。

擴能改造工程考慮針對上述供電能力不足區段進行補強，解決牽引網電壓不能滿足要求的問題。供電設施增補如下：

（1）新增牽引變電所2座，引入10 kV外部電源進線2路，其中1座為區間牽引變電所（A所），位于大連灣—后鹽區間，另1座位于開發區站。

（2）火車站至保稅區區段接觸網上下行各并聯截面150 mm2銅絞線1根。

改造方案供電計算結果如表4、表5所示。

表4 改造方案正常狀態下供電計算結果表

表5 改造方案故障狀態下供電計算結果表

供電系統改造后，由表4、表5可知，改造后所有區段大雙邊供電網壓均高于1000 V，滿足要求。供電系統進行補強后可以解決既有方案存在的供電能力不足的問題，且留有一定余量，保證改造工程具有較好的遠期適應性。

3 具體改造方案研究

3.1 供電系統改造思路

供電系統擴能改造的原則是僅加強局部能力不足地段，盡量減少對既有供電設施的改變，維持既有運行管理方式且方便施工。

3.2 牽引供電系統改造方案

新建變電所中壓環網電纜采用“破口”接入保稅區—開發區、大連灣—后鹽區間中壓網絡。其中對既有的保稅區—開發區、大連灣—后鹽區間10 kV中壓環網電纜、聯跳電纜及所間閉鎖電纜利舊，對區間電纜在新建變電所位置附近“破口”，設置電纜中間接頭延長至新建變電所。

新建變電所主接線及運行方式保持和既有線一致，交流10 kV側接線采用單母線分段型式，2段母線間通過母聯斷路器互聯。10 kV每段母線各設一組電壓互感器和避雷器，用于母線電壓測量、母聯斷路器檢壓自投及過電壓保護用。直流1500 V母線采用單母線接線型式。整流器正極通過電動隔離開關與直流1500 V母線相連，負極通過手動隔離開關與負極柜中的負母排連接。整流器出口端正、負母線間以及1500 V正、負母線對地間各設置1臺避雷器作過電壓保護用。

3.3 接觸網改造方案

（1）對于因線路、橋梁、車站建筑結構等改造引起的接觸網改造，均按照既有線路標準改造，采取對既有線影響最小的方案。

（2）新增牽引所接觸網改造方案。由于增加牽引所，接觸網需要在新增牽引所附近增加接觸網電分段，若按照既有線路標準改造，需在既有線路上增加絕緣關節，對接觸網影響較大，本著對既有線影響改動最小的原則，采用在接觸網上增加分段絕緣器方式來實現電分段。

（3）增加接觸網導線截面接觸網改造方案。由于供電方案的變化，接觸網需要增加導線截面，可以采用下述方式：

a.接觸線由 1×CTAH-120型變為 2×CTAH-150型，該方案需要更換接觸網定位環和吊弦、增加定位管、定位器以及接觸網與輔助饋線的電連接等，接觸網改動最大，對既有線運營影響最大。

b.承力索由1×JT-150型變為2×JT-150型，該方案需要更換吊弦、增加接觸網與輔助饋線的電連接等，與方案a相比接觸網改動和對運營影響都較小。

c.輔助饋線由2×JT-150型變為3×JT-150型，對于新增加的1根饋線有2種安裝方式：一是采用三線線夾，把新增饋線與既有 2根饋線安裝在一起，該方案需要更換饋線線夾、新增饋線并聯線夾、增加接觸網與輔助饋線的電連接等，對既有線運營影響較??；二是新增饋線采用單獨的饋線線夾和饋線底座安裝，該方案需要增加饋線線夾、饋線底座、饋線絕緣子以及接觸網與輔助饋線的電連接等，該方案對接觸網既有線運營影響最小。

通過以上分析，對于新增饋線，采用增加1根輔助饋線、新增單獨饋線底座和線夾的安裝方式。

（4）新增車庫接觸網改造方案。在新增車庫范圍內根據工藝要求架設接觸網，其主要技術標準與既有車庫的接觸網保持一致，新增接觸網與既有車庫接觸網通過接觸網上分段絕緣器進行電氣分段，并設置網上聯絡開關。

4 結論與建議

在牽引供電計算的基礎上，分析了擴能改造工程中需要補強的供電設施內容，通過比選給出了牽引變電所和接觸網具體、可行的改造方案，希望能為國內城軌供電系統的同行提供一定參考。新建城市軌道交通工程時土建工程應考慮為遠期擴能預留接口條件；如地上段接觸網支柱、基礎容量在設計時要留有余量；地面車站，當接觸網利用房建結構懸掛吊柱時，除考慮正常懸掛的吊柱載荷外，需考慮擴能時增加饋線所增加的載荷以及安裝空間。

[1]地鐵設計規范GB 500157-2003[S]北京：中國計劃出版社，2003.

[2]徐光強.大連市快速軌道交通三號線工程接觸網施工圖[Z].成都：鐵道第二勘察設計院，2002.

[3]于松偉，楊興山，韓連祥，等. 城市軌道交通供電系統設計原理與應用[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

[4]許斯河. 地鐵工程設計指南[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[5]吳鳳娟. 重載鐵路牽引供電方案與接觸網載流能力的分析[J].鐵道機車車輛，2008（5），70-73.