城市軌道交通三岔線路直流供電方案探究

耿少陽，靳佩躍

0 引言

城市軌道交通作為重要的公共交通方式之一在我國得到了快速發展。在城市軌道交通的線網規劃中，由于城市建設、居民分布等多種原因，出現一種三岔線路的設置方式，即上下行中的一行為兩個方向[1]。在三岔線路中，往往有1 條支路為遠期延伸線路，在遠期將與另外2 條支路拆分并進行延伸，因此在三岔處設置牽引變電所時，需在滿足本期線路的貫通運營基礎上考慮遠期拆分時的改造工作，并盡可能地減少遠期拆分時的工程量。

1 三岔線路的行車方式

三岔線路在實際線網中主要有兩種行車方式：第一種是遠期拆分支路上的車輛在三岔處折返，另2 個支路正常行車；第二種是遠期拆分支路上的車輛通過三岔處前往另1 條支路[2]。兩種行車方式如圖1 所示。

如圖1（a）所示，第一種行車方式下，遠期拆分支路和另外2 條支路可認為是2 條不同線路，三岔處的車站可認為是2 條線路的換乘站，遠期拆分支路和另2 條支路的連接線可認為是2條線路的聯絡線。該行車方式下，需在聯絡線接觸網設置絕緣分段，鋼軌需設置絕緣節。

如圖1（b）所示，第二種行車方式下，三岔處車站為3 條支路的交點，3 條支路需作為同一條線路考慮。該行車方式下，接觸網可以設置或不設置絕緣分段，但鋼軌需要連通，不能設置絕緣節。

圖1 三岔線路的兩種行車方式

2 三岔線路的直流供電方案

2.1 第一種行車方式下的直流供電方案

在第一種行車方式下，在三岔處車站兩線可分別設置牽引所，也可以僅在遠期拆分線路設置牽引所，或設置1 座牽引所同時為三邊供電[3]。由于三岔處車站為遠期拆分線路的末端站，因此該車站必須設置牽引所，而另外2 條支路構成的線路可根據牽引計算結果考慮是否設置牽引所。兩線分設牽引所和僅在遠期拆分線路設置牽引所為常規方案，本文不再進行討論。設置1 座牽引所同時為三邊供電的方案如圖2 所示。

圖2 設置1 座牽引所為三邊供電

設置1 座牽引所為三邊供電方案下，牽引所單行共饋出3 回饋線，分別為3 條支路的3 個供電分區供電。牽引所單行設置2 回回流線，分別接入遠期拆分支路和另外2 條支路。該方案優點：拆分前節省投資，僅設置1 座牽引所即可完成兩線路的供電；聯絡線絕緣分段兩側接觸網壓差小，列車通過聯絡線時不易拉弧。缺點：拆分后，該牽引所僅可為未拆分的兩支路供電，遠期線路若在該站設置牽引所需進行改造，造價成本較高；拆分后，遠期線路不在本站設置牽引所時，拆分前設置的直流設備、直流電纜、接觸網隔離開關等需進行拆除，拆分支路在延伸工程實施時需停止運營。

2.2 第二種行車方式下的直流供電方案

在第二種行車方式下，在三岔處車站牽引所設置方案與第一種行車方式下相同，但根據不同的接觸網分段形式，具有不同的供電方案，具體如下：

（1）方案1：車站設置2 座牽引所，接觸網設置絕緣分段，如圖3 所示。

圖3 設置2 座牽引所，接觸網設置分段

該方案與第一種行車方式下兩線分設牽引所的方案除未設置鋼軌絕緣節外完全相同，非常有利于后期的拆分，僅需添加鋼軌絕緣節即可。但該方案在拆分前存在較大的缺陷。由于2 座牽引所的直流母線未通過接觸網相連，接觸網絕緣分段兩側的分區分別由不同的整流機組供電，因此絕緣分段兩側的接觸網網壓是不同的，當車輛通過該絕緣分段時會由于兩側壓差的存在產生拉弧現象。該問題對行車安全有較大影響。

（2）方案2：車站設置2 座牽引所，接觸網不設置絕緣分段，如圖4 所示。

圖4 設置2 座牽引所，接觸網不設置分段

該方案下，三支路交點處的供電分區由3 座牽引所進行三邊供電。相比于方案1，該方案解決了絕緣分段兩側網壓不同的問題。但是，當三邊供電的分區發生短路時，其短路電流比雙邊供電的分區短路電流更大，因此對設備的短路耐受能力要求更高；且三邊供電時，3 座牽引所需進行三邊聯跳，聯跳方案較為復雜，容易對運營造成困擾。當后期進行拆分時，該方案下，需對3 座牽引所的聯跳回路進行修改，并增設接觸網絕緣分段和鋼軌絕緣節。

（3）方案3：車站設置1 座牽引所僅為遠期拆分線路供電，接觸網設置絕緣分段，如圖5 所示。

圖5 設置1 座牽引所僅為拆分線路供電，接觸網設置分段

該方案與方案1 無本質不同，優缺點與方案1相同。

（4）方案4：車站設置1 座牽引所僅為遠期拆分線路供電，接觸網不設置絕緣分段，如圖6 所示。

圖6 設置1 座牽引所僅為拆分線供電，接觸網不設置分段

該方案與方案2 無本質不同，優缺點與方案2相同。

（5）方案5：車站設置1 座牽引所為三邊供電，接觸網設置絕緣分段，如圖7 所示。

圖7 設置1 座牽引所為三邊供電，接觸網設置分段

該方案與第一種行車方式下的設置1 座牽引所的方案除未設置鋼軌絕緣節外完全相同，其優缺點也基本一致。

（6）方案6：車站設置1 座牽引所為三邊供電，接觸網不設置絕緣分段，如圖8 所示。

圖8 設置1 座牽引所為三邊供電，接觸網不設置分段

該方案為方案2 和方案5 的組合，具有這兩個方案的優缺點，故不再贅述。

3 現場實例及方案改進

3.1 現場實例

杭州地鐵6 號線和杭富線在換乘站美院象山站處構成了三岔線路。原設計中，6 號線和杭富線分別運營，并在美院象山站進行同臺換乘，與第一種行車方式相同。因此，美院象山站采用了第一種行車方式下兩線分設牽引所的方案，即兩線分別設置牽引所進行供電，如圖9 所示。

圖9 美院象山站原供電方案

但根據杭州線網規劃及業主要求，6 號線將與杭富線貫通運營，且在遠期將對6 號線雙浦站—美院象山站段進行拆分延伸。因此，對其供電方案進行更改，如圖10 所示。

圖10 美院象山站貫通運營供電方案

由于兩線的貫通運營，行車方式改為第二種，在科海路站方向支線的分段絕緣器處產生拉弧現象，對分段絕緣器和受電弓造成了損害。

為解決拉弧問題，可采用第二種行車方式下的方案2 或方案5。但由于兩線已進入跑圖階段，軌行區作業較為困難，且方案2 缺點較為明顯，故需考慮新的供電方案。

3.2 方案改進

由于現場已按第一種行車方式下兩線分設牽引所的方案進行實施，因此需在其基礎上進行改進以滿足現場需要。由于拉弧現象是由于分段絕緣器兩側的供電的整流機組不同造成，改為同一整流機組供電即可滿足要求，因此提出改進方案如圖11所示。

圖11 美院象山站貫通運營改進后供電方案

該方案具體實施如下：

（1）杭富線牽引所增加2 面直流饋線開關柜。

（2）6 號線牽引所拆除楓樺西路站側2 面直流饋線柜的直流電纜。

（3）將杭富線新增饋線開關柜與6 號線拆除電纜的饋線柜經直流電纜連接，使杭富線牽引所直流母線和6 號線牽引所直流母線相連。

（4）閉合美院象山站6 號線的上下行越區隔離開關。

（5）將6 號線牽引所的整流機組退出運行。

該方案實際為第二種行車方式下方案5 的一種變化形式，但在方案5 的基礎上作了一些改進以適應現場需求。其優點與方案5 基本一致，不再贅述。其缺點如下：（1）當美院象山站杭富線牽引所解列時，科海路站—美院象山站供電分區為單邊供電，分段絕緣器兩側可能會產生壓差，發生拉弧現象；（2）拆分后造成杭富線牽引所2 面直流饋線柜閑置。

4 結語

本文對三岔線路的多種直流供電方案進行了對比和分析，并就杭州6 號線與杭富線換乘站美院象山站分段絕緣器的拉弧問題進行了直流供電方案的改進。經分析可知，改進方案基本解決了美院象山站分段絕緣器的拉弧問題，且該改造方案不需在軌行區施工，滿足了現場要求。