城市軌道交通互通互聯(lián)中牽引供電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)淺析

李先敏

摘要：牽引供電系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施。目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)，多以交流式為主。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，具有經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)和構(gòu)建交流牽引供電系統(tǒng)時(shí)，需要考慮其供電制式的選擇，這直接影響到軌道交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以及資源的共享，對(duì)市域鐵路、國(guó)鐵或地鐵的互聯(lián)互通也有極大的影響。因此，必須掌握其中的一些關(guān)鍵技術(shù)，包括牽引變電站的電氣主接線技術(shù)、繼電保護(hù)配置技術(shù)等。只有選擇合適的技術(shù)方案，才能保證牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保障城市軌道交通車輛的行駛安全，同時(shí)滿足城市軌道交通互通互聯(lián)的發(fā)展需要。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;牽引供電系統(tǒng);繼電保護(hù);電氣主接線

引言：作為城市軌道交通的核心組成，牽引供電系統(tǒng)中包含了主變電所、牽引變電所、接觸網(wǎng)、回流線路等部分。隨著城市軌道交通運(yùn)行荷載的增加，以及電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、電氣設(shè)備種類的多樣化，對(duì)牽引供電系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)格的要求。探究牽引供電系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，既是保證當(dāng)下城市軌道列車穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)內(nèi)容，同時(shí)也是促進(jìn)我國(guó)城軌交通事業(yè)發(fā)展的必要條件。本文以交流牽引供電系統(tǒng)為例，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討。

一、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的形式

1、直流式

城市中的變電所、牽引網(wǎng)以及接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)和搭建方式主要采用直流750V或直流1500V的供電方式。此類型的牽引網(wǎng)采用了雙邊供電方式，若出現(xiàn)線路故障則換用大雙邊供電方式，從而達(dá)到跨越區(qū)域供電的效果。此外，直流制供電方式還采用了雜散電流保護(hù)機(jī)制。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于接觸網(wǎng)無分相、列車運(yùn)行順暢，但是缺點(diǎn)也比較明顯，例如造價(jià)相對(duì)較高，需要使用換向環(huán)等機(jī)械裝置，增加了故障發(fā)生率。因此，現(xiàn)代城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)，逐漸用交流牽引電機(jī)代替直流牽引電機(jī)。

2、交流式

交流制式的牽引供電系統(tǒng)，則采用25千伏特的交流電進(jìn)行傳輸，牽引變電所多采用單向的“電壓—電壓”相接方式，變電所內(nèi)裝配有兩部變壓器，這兩部變壓器多采用雙繞組的單相變壓方式，它們結(jié)合在一起構(gòu)成了一角開口的三角形結(jié)構(gòu)，其中被接入電網(wǎng)的端口是高壓側(cè)的兩個(gè)開口端以及一個(gè)公共端口，接地的一端是低壓側(cè)的公共端，其他兩個(gè)開口端分別與牽引側(cè)母線相接。在降壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用了“終端降壓+區(qū)間加壓”相結(jié)合的方式，在滿足區(qū)間內(nèi)照明系統(tǒng)正常用電和穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，達(dá)到了終端降壓的目標(biāo)。交流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3、交流牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用效果，交流牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）經(jīng)濟(jì)性好。牽引供電和動(dòng)力照明等不同的系統(tǒng)，分別獨(dú)立使用電纜，相比于直流模式下的合用電纜，能夠降低一定的費(fèi)用。交流系統(tǒng)中，不需要安裝迷流防護(hù)裝置、整流機(jī)組、儲(chǔ)能裝置，在硬件設(shè)備的采購(gòu)、安裝與后期維護(hù)上，也可以節(jié)省一大筆可觀的費(fèi)用。從另一方面來看，由于硬件設(shè)備減少，對(duì)場(chǎng)地空間的占用也隨之減少，用地成本降低。（2）可靠性高。由于交流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成相對(duì)簡(jiǎn)便，刪減了串聯(lián)元件、換向環(huán)、整流機(jī)組等，因此后期維護(hù)方便，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，相同工作環(huán)境下發(fā)生故障的概率更低。另外，采用分段供電技術(shù)、狀態(tài)辨識(shí)技術(shù)，也可以做到交流系統(tǒng)故障隱患的早發(fā)現(xiàn)、早處理，也有助于系統(tǒng)可靠性的提升。（3）適用性強(qiáng)。采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)交流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行管控，可以適用于不同的環(huán)境。

二、城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1、牽引變電站位置的選擇

在設(shè)計(jì)牽引變電站的布設(shè)位置時(shí)，需要綜合考察各種影響因素，例如交流牽引供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及不同區(qū)間的電壓等級(jí)等。另外，出于成本控制和維護(hù)管理方面的考慮，不可能做到一個(gè)列車站設(shè)計(jì)一座牽引變電站。因此在選擇位置時(shí)，還要照顧到多個(gè)列車站正常用電的需求。技術(shù)人員應(yīng)設(shè)計(jì)多套牽引變電站位置設(shè)計(jì)方案，然后從電壓損失、網(wǎng)絡(luò)能耗等方面，再進(jìn)行對(duì)比、擇優(yōu)，最終確定出最佳的牽引變電站布設(shè)位置。

2、牽引變電站電氣主接線

技術(shù)人員在明確了牽引變電站安裝位置后，從變電站中引出1條母線，然后再分成2條電壓為27.5kV的分線，每條分線連接一組整流器組。在交流牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，只接入一個(gè)整流器組，另一個(gè)為備用。若正在運(yùn)行的整流器組發(fā)生故障，則自動(dòng)投切到另一臺(tái)設(shè)備，從而確保了牽引變電站可以保證持續(xù)性供電。另外，該系統(tǒng)中還應(yīng)用了直流饋線技術(shù)。在某個(gè)區(qū)間內(nèi)，相互配合形成了接觸網(wǎng)雙向供電。即便是2臺(tái)整流器組均發(fā)生了故障，也能夠通過接觸網(wǎng)單邊供電，滿足城市軌道列車的正常用電需要。

3、牽引變電站繼電保護(hù)配置

在繼電保護(hù)裝置方面，使用微機(jī)保護(hù)。硬件安裝方面，通常情況下不需要單獨(dú)使用框架泄露保護(hù)。根據(jù)保護(hù)對(duì)象不同，選擇合適的繼電保護(hù)技術(shù)，也是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。（1）在環(huán)網(wǎng)進(jìn)出線柜連接中，高壓電源進(jìn)出線、獨(dú)立牽引電源進(jìn)出線，分別提供獨(dú)立的端口，保證線路不會(huì)產(chǎn)生交叉、沖突。將光纖差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，同時(shí)為了提高繼電保護(hù)效果，選擇電流比較保護(hù)作為備用保護(hù)。兩者相互配合，進(jìn)一步提高了變電站穩(wěn)定與安全運(yùn)行的效果。（2）對(duì)于繼電保護(hù)裝置的本體，可以選擇的保護(hù)技術(shù)也有多種，比較常用的有過電流保護(hù)、失壓保護(hù)等等。（3）對(duì)于牽引變壓柜，由于分設(shè)兩條支路，每條支路的保護(hù)技術(shù)也有差異。其中，對(duì)于牽引支路可以采取電流速斷保護(hù)、過流保護(hù);對(duì)于回流支路，可以采取電壓保護(hù)。（4）對(duì)于交流上網(wǎng)饋線柜，也是采用主備雙保護(hù)。主保護(hù)采用di/dt+Δi作為主保護(hù)，以電流速斷保護(hù)、雙邊鏈條保護(hù)作為后備保護(hù)。

結(jié)語：互聯(lián)互通可以有效溝通國(guó)鐵、市城鐵路以及地鐵，方便在不同軌道交通形式間進(jìn)行部分直通客流，因此設(shè)計(jì)并選擇能夠相互兼容的牽引方式、供電制式和信號(hào)系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，關(guān)于牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的優(yōu)化與研究也成為一項(xiàng)重點(diǎn)課題，目前，交流牽引供電系統(tǒng)由于具有可靠穩(wěn)定、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為城市軌道交通系統(tǒng)的首選。在應(yīng)用這種模式時(shí)，需要從牽引變電站位置的科學(xué)選擇、電氣主接線的設(shè)置以及繼電保護(hù)技術(shù)等方面，把握其中的一些關(guān)鍵技術(shù)，才能真正保證供電的穩(wěn)定與持續(xù)，進(jìn)而有效的保障城市軌道交通車輛的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建，劉志剛.新一代智慧型城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的創(chuàng)新理念與實(shí)踐[J].都市快軌交通，2018（01）：129-135.

[2]董曉冬，趙國(guó)偉，袁志宏.城市軌道交通工程直流牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行方式分析[C]//中國(guó)城市軌道交通關(guān)鍵技術(shù)論壇暨中國(guó).2012.

[3]徐金平，杜貴府，朱紀(jì)法，等.城市軌道交通雙向變流式牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2020（07）：125-126.