地鐵列車中中壓交流并網供電技術的應用淺析

嚴剛剛

（南京地鐵運營有限責任公司 江蘇 南京 210012）

地鐵列車中中壓交流并網供電技術的應用淺析

嚴剛剛

（南京地鐵運營有限責任公司 江蘇 南京 210012）

隨著經濟的發展，城市建設不斷完善，各項基礎設施的建設也不斷完善，城市軌道交通的建設不斷成熟，為促進城市的發展，為人們的生活提供便利做出了重要貢獻。在地鐵建設過程中，地鐵列車的供電技術一直是整個工程建設項目中的重要環節，相對于傳統的供電方式，中壓交流并網供電技術不斷成熟，為地鐵列車的可靠運行提供了保障，對于各類電網故障的應對能力也不斷增強，逐漸成為了列車供電的主流技術。本文對地鐵列車中中壓交流并網供電技術進行了分析。

地鐵列車；中壓并網供電；故障供電

所謂的中壓交流并網供電技術，實際上是高壓直流并聯供電技術的延伸和發展，相對于高壓直流并聯供電技術，中壓交流并網供電技術除了供電幅值同步外，還要保持相位和頻率同步，實現難度大大增加，但是，其廣泛應用，對于地鐵列車有著重要意義，尤其是在列車發生故障時，中壓交流并網供電技術能夠實現對于列車負載的合理分配，實現對于剩余負載容量的最大化利用，從而保證乘客安全性和舒適性不受影響。

1　中壓交流并網供電方案分析

1.1西門子列車方案

西門子在列車制造和使用過程中，充分使用了中壓交流并網供電技術，其中上海軌道交通1#線增擴編列車項目就是西門子首次使用該技術的具體事例。在應用過程中，選用單臺容量為73kVA的SIV和一條中壓母線（如圖1所示），創造出最初級的并網供電結構。在中壓并網的過程中，列車控制系統不需要參與其中，通過SIV的VMD1和VMD2進行交互通信，通過向輔助逆變器控制單元進行信息反饋，形成并聯控制[1]。由于西門子公司在設計初期對中亞母線短路故障、輔助逆變器無法從中亞母線隔離等故障沒有做出充分考慮，所以，如果系統發生故障，就會因為缺乏必要的保護措施而導致系統故障，所有逆變器也會因為過流或者整體中壓母線三相電壓受到干擾而不能正常輸出，這一設計上的先天缺陷難以通過簡單的途徑來進行改進，所以必須在后續的項目建設中對整套中壓網絡結構進行完善，才能有效防止故障發生。

圖1　西門子列車中壓交流并聯供電結構圖

1.2阿爾斯通列車方案

在上海軌道交通2#線的東延伸項目中，阿爾斯通將中壓交流并聯技術應用到了其中。為了增強系統在故障狀態下的運行效果，在設計之初，就增強了系統的保護措施，并將中壓母線接觸器引入其中。通過在中壓母線上安裝兩個由TCMS控制的接觸器，當中壓母線出現短路等故障時，中壓母線接觸器就會被分斷，從而使故障段的中壓母線與正常段的中壓母線相分離，并使得SIV向母線輸送三相電壓在故障段得到禁止，而其他的區域能夠維持正常供電，確保地鐵列車的自身運行動力條件得到滿足[2]，其具體的供電形式如圖2所示。

圖2　阿爾斯通列車中壓交流并聯供電結構圖

1.3龐貝迪列車方案

在上海軌道交通12#線的建設過程中，龐貝迪借鑒西門子和阿爾斯通的經驗，在設計過程中采用了雙中壓母線和4套中壓母線接觸器的方案，使系統在故障狀態下的供電冗余能力更強，對于維持地鐵列車穩定運行有著重要意義。在設計過程中，龐貝迪所選用的中壓母線接觸器由TCMS控制，將兩條中壓母線分成獨立的4部分，如果其中任何一段發生短路故障，其他的部分仍然可以維持一半的中壓負載，從而保證工作模式正常運轉，最大化地利用負載保證列車運行的穩定性和安全性。

2　中壓交流并網供電與傳統供電模式的比較

與傳統的供電模式相比，中壓交流并網供電模式在列車供電故障狀態下的運行能力與負載分配有著強大的優越性。一直以來，交叉供電網絡是列車中壓供電系統中普遍采用的供電模式，一般由兩臺或以上的SIV和兩條中壓母線組成，中壓母線的負載供電完全依靠于SIV。從連接和控制方面來看，不需要TCMS的配合，獨立性強，但是當SIV故障時，列車的可靠運行難以得到保障。也就是說，中壓交流并網供電的優勢在于當SIV故障時，可以起動列車控制系統中的預設模式，對供電系統進行優化處理，減少故障對于列車正常運行的影響。除此之外，在故障降級模式下，系統能否發揮優勢，充分發揮系統間的互補和協調作用，則是判斷中壓交流并網供電技術成熟與否的標志。

3　結語

隨著技術的發展，地鐵列車的可靠性和安全性得到了有效保證。通過實踐證明，中壓交流并聯網絡供電技術與傳統的中壓交叉供電模式有著強大的技術優勢。隨著控制軟件和控制邏輯的進一步發展，中壓交流并網供電技術的應用和推廣成為可能，為促進城市地鐵列車的安全、穩定運行奠定了重要的基礎。

U231.8

A

1673-0038（2015）18-0194-02

2015-4-12