軌道交通牽引供電系統綜述

孫濤

摘 要：在各行各業不斷發展的今天，軌道交通扮演了非常重要的角色，可以說軌道交通已經成為了現如今生活生產中必不可少的一項組成內容。在軌道交通系統中，牽引系統是重要的組成內容，所以也是軌道交通研究人員重點關注的內容。為了進一步保證軌道交通系統的安全性和可靠性，本文將就軌道交通牽引供電系統展開論述。

關鍵詞：軌道交通；牽引供電；供電系統

中圖分類號： U223 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）22-174-2

1 牽引變壓器

1.1 普通鐵路牽引變壓器

普通鐵路牽引變電所內的牽引變壓器設置了兩臺，一旦其中一臺出現故障那么另一臺將啟動保證正常供電。原變壓電壓等級主要是以110kv為主，電氣化鐵路牽引變電器多選擇V/v接線的方式，有時在交大外部電源容量時會采用單相接線形式變壓器。

1.2 高速鐵路牽引變壓器

我國的高速鐵路通常采用的是V/x接線牽引變壓器。這種牽引變壓器方式的構成主要是兩臺單相變壓器，變壓器分別和接觸網和負饋線連接，中間抽頭和鋼軌連接。

2 牽引供電系統

2.1 牽引變電站

2.1.1 牽引變電站位置確定

牽引變電站與車站內的降壓變電站一起組成牽引降壓混合變電站，然而并不是每個車站都是牽引降壓混合變電站。它的設置取決于牽引系統網絡結構、牽引網電壓等級、牽引網電壓損失、供電質量，并涉及到雜散電流防護、線路能耗、土建造價及運營維護等因素。

2.1.2 牽引變電站設備

牽引變電站的主要設備是27.5kV開關柜、整流變、整流器、直流1500V正負母排、直流高速開關。27.5kV開關柜應選用SF6絕緣全封閉組合電器，以減少占地面積。27.5kV開關柜進線還配有避雷器，防止雷電波入侵。整流器組由24個整流二極管與24個保護二極管組成，每個牽引變電站有兩套整流器組，每套整流器為6相12脈波整流，單獨運行時輸出的為12脈波的脈動電流，兩套并列運行時輸出的為24脈波的脈動直流電。

2.1.3 牽引變電站電氣主接線

牽引降壓混合變電站采用27.5kV單母線分段運行。從主變電站或上一座變電站引進的兩路27.5kV交流電源分別送至27.5kV一/二段母線。每座牽引降壓混合變電站有兩組整流器組，設置在同一27.5kV母線上并聯運行，這種接線保證兩套整流器組輸出功率均勻，等效24脈波整流，利于諧波治理。當牽引降壓混合變電一臺整流機組解列時，由另一臺整流機組在允許過載的條件下繼續運行。兩座牽引降壓混合變電站各引一路直流饋線對同一個區段的觸網進行雙邊供電。當一座牽引降壓混合變電站兩組整流器組都退出運行時，允許觸網單邊供電。

整理器組由27.5kV整流變開關、整流變壓器、整流器、正負極閘刀組成，整流變將27.5kV交流電降壓并整流為1500V直流電。鑒于兩套整流機組接于同一段母線上，所以直流母線采用不分段單母線接線。整流機組正極通過正極閘刀與正母線相連，整流機組負極通過負極閘刀與負母線相連，直流正母線設四路直流高速開關饋出線，負母線通過回流線與走行軌相連，這樣通過電動列車的受電器與接觸網的接觸滑行，就構成了一個完整的直流牽引電動機受電回路。饋出回路通過直流高速開關分別向左右兩個方向的上、下行牽引網供電。線路末端站可能只有兩路饋出線，車輛段饋出線數量要根據需求設置。饋出線的直流高速開關至正線觸網間設觸網閘刀，在上行、下行同一供電分區絕緣分段處設有接觸網聯絡閘刀。

2.1.4 牽引變電站繼電保護配置

2.1.4.1 整流器組繼電保護配置

牽引變壓器電流速斷保護：整流機組主保護，保護1500V母線至饋出線之間的相間短路故障，同時也是整流器本體保護的后備保護。

牽引變壓器反時限過電流保護：保護動作時間隨短路電流的增大而減小，電流越大，保護越快。

牽引變壓器定時限過電流保護：反時限過電流保護的后備保護，動作時間小于反時限。

牽引變壓器零序電流保護：主保護，利用接地時產生的零序電流使保護動作。

牽引變壓器溫度保護：變壓器正常運行溫度為70～90℃。127.5℃報警，150℃跳閘。

整流二極管保護：整流器內一個二極管故障時發出報警，兩個二極管故障開關跳閘。正負母排溫度80℃報警，90℃跳閘；散熱器溫度140℃報警，150℃跳閘。

整流器過電壓保護：整流器交直流側均設有過電壓保護，交流側采用RC回路，直流側采用RC回路加壓敏電阻，保證兩側的過電壓被吸收。

2.1.4.2 直流1500V系統繼電保護配置

1500V直流高速開關的大電流脫扣保護：開關本體自帶保護，無延時跳開1500V直流高速開關。

電流增量保護ΔI與電流上升率di/dt保護：電流增量保護ΔI是接觸網主保護，其保護范圍是該牽引降壓混合變電站的近、中端，也能切除大電流脫扣保護范圍內的較小的遠端短路故障。

Imax正向過電流保護：作為中、近端短路故障的后備保護。整定要求小于大電流脫扣保護的整定值，大于電流增量ΔI值。接觸網熱過負荷保護：根據電纜電流及接觸網的發熱量等推算出電纜溫度，當電纜溫度超過整定值時，同一供電區域兩個直流高速開關跳閘。

雙邊聯跳保護：故障情況下，為確保相鄰牽引降壓混合變電站向同一故障區間供電的斷路器可靠跳閘而增設的后備保護。

框架泄漏保護：是切除直流設備正極對機殼（大地）發生短路故障，接觸網對架空線發生短路故障而設置的保護。電流型框架保護是直流系統主絕緣擊穿，故障站及相鄰車站同一供電區域共八臺直流高速開關、兩臺整流機組27.5kV開關跳閘。電壓型框架保護其時間整定要遲于鋼軌電位限制裝置，故障站四臺直流高速開關、兩臺整流機組27.5kV開關跳閘。直流高速開關自動重合閘：當線路持續短路故障時，直流高速開關會檢測3次后閉鎖，否則直流高速開關會自動重合閘。

2.2 接觸網

2.2.1 接觸網的作用及特點

接觸網是電力牽引系統的重要組成部分，機車通過受電弓或受電靴從接觸網中得到電能，接觸網保證了列車安全、可靠、快速運行。接觸網具有以下特點：

①接觸網由于與電動車組在空間上的關系，和軌道一樣無法采取備用措施。所以一旦接觸網發生故障，整個供電區間即全部停電。

②接觸網下有許多電動車組在高速運動，運行中不可避免地會產生受電弓離線而引起的電弧。再加上處于露天環境，其發生故障的可能性較電力電纜線路要大得多。

③為了保證電動車組安全、可靠、質量良好地從接觸網取流，對接觸網導線的高度、拉力值、定位器坡度，接觸網彈性、均勻度等都有定量要求。

2.2.2 接觸網的分類

2.2.2.1 柔性架空接觸網

柔性架空接觸網由帶張力的柔性金屬導線組成。在運行過程中，受電弓與接觸線保持可靠的弓網張力，并進行取流。其主要特點是以線索形式存在，隧道凈空要求較大，運營維護的工作量也較大，但在露天可靠性較高。上海軌道交通地面及高架線路絕大部分采用柔性架空接觸網。

2.2.2.2 剛性架空接觸網

剛性架空接觸網將傳統的接觸線夾裝在匯流排中，靠其自身的剛性保持接觸線的固定位置。

2.2.2.3 接觸軌式接觸網

接觸軌式接觸網是沿線路敷設的與軌道平行的附加軌，又稱為第三軌，電動車組由伸出的受電靴與之接觸而接受電能。接觸軌式接觸網具有構造簡單、安裝方便、維修性好、投資省、壽命長等優點。

3 結束語

本文介紹了牽引變壓器和牽引供電系統，希望本文的提出具有一定的參考價值。

參 考 文 獻

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