基于100%低地板現(xiàn)代有軌電車的城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李虎+崔磊+黃德敏

摘要：城市軌道交通供電系統(tǒng)是現(xiàn)代有軌電車工程中重要的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)之一，它擔(dān)負(fù)著為電動(dòng)列車和各種運(yùn)營設(shè)備提供電能的重要任務(wù)，也是城市電網(wǎng)的用電大戶?，F(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)的可靠性與安全性，直接影響到城軌交通的安全運(yùn)營與服務(wù)水平；現(xiàn)代有軌電車供電方案的科學(xué)性及設(shè)備選型的合理性，也直接影響到現(xiàn)代有軌電車的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車；供電系統(tǒng)；電車節(jié)能

中圖分類號(hào)：U482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0123-02

1 基本組成部分

有軌電車工程供電系統(tǒng)包括外部電源進(jìn)線、中壓供電網(wǎng)絡(luò)、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、雜散電流防護(hù)系統(tǒng)等部分。牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所與牽引網(wǎng)，動(dòng)力照明供電系統(tǒng)包括降壓變電所與動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。

2 供電系統(tǒng)的功能

2.1 接受并分配電能功能

通過10kV外部電源進(jìn)線將地方電源直接供給工程變電所，保證有軌電車的牽引及動(dòng)力照明用電。

2.2 降壓整流及傳輸直流電能的功能

接受外部電源進(jìn)線傳輸來的交流電能，在牽引變電所內(nèi)經(jīng)降壓整流后，向沿線的牽引網(wǎng)系統(tǒng)供電，有軌電車沿線安裝的牽引網(wǎng)系統(tǒng)，接受由牽引變電所降壓整流后的直流電能，同時(shí)不間斷地供給列車電能，以保證電車安全、可靠、快速地運(yùn)行。

2.3 降壓變配電功能

降壓變電所將進(jìn)線電源降壓后變成低壓380/220V電源，再經(jīng)低壓配電系統(tǒng)供給車站、區(qū)間的動(dòng)力照明設(shè)備使用，以保證車站設(shè)備和照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4 對(duì)供電設(shè)備實(shí)施電力監(jiān)控的功能

在電力調(diào)度中心，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)的中心控制站、通道、被控站，對(duì)整個(gè)有軌電車供電系統(tǒng)的牽引降壓混合變電所、牽引網(wǎng)等供電設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集及處理，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備的自動(dòng)化調(diào)度管理，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.5 對(duì)雜散電流進(jìn)行防護(hù)的功能

通過對(duì)有軌電車回流系統(tǒng)采取必要的絕緣、設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)及建立雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等措施，保護(hù)有軌電車結(jié)構(gòu)和沿線金屬管線，使之不受雜散電流的腐蝕。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)原則

3.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 供電系統(tǒng)外部電源。供電方式采用分散式供電方式，每座開閉所引入1路中壓環(huán)網(wǎng)電源。

3.1.2 電壓損失。在任何運(yùn)行方式下，中壓供電網(wǎng)絡(luò)每一供電分區(qū)的電壓損失不得大于系統(tǒng)電壓的5%。

3.1.3 網(wǎng)壓及其范圍。列車的牽引供電采用直流750V的架空接觸網(wǎng)授流方式。牽引網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為500～900V。

3.1.4 過負(fù)荷。有軌電車整流機(jī)組的負(fù)荷特性應(yīng)符合GB/T 3859.1中的Ⅵ類負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.5 整流機(jī)組。采用集中供電時(shí)，牽引變電所內(nèi)設(shè)置1套12脈波的整流機(jī)組；采用分散供電時(shí)，牽引變電所內(nèi)設(shè)置1套24脈波的整流機(jī)組，從而避免對(duì)城市電網(wǎng)的干擾。

3.1.6 泄露電阻。鋼軌對(duì)道床的泄漏電阻不小于15Ω/km。

3.1.7 接線方式。低壓配電采用三相四線制，接地形式采用TN-S系統(tǒng)。

3.1.8 接地系統(tǒng)。區(qū)間車站雨篷采用防雷接地、強(qiáng)弱電系統(tǒng)接地為一體的共用接地系統(tǒng)。

3.2 主要設(shè)計(jì)原則

供電系統(tǒng)規(guī)模及主要設(shè)施的數(shù)量和位置按滿足遠(yuǎn)期運(yùn)行高峰時(shí)段的用電負(fù)荷要求設(shè)計(jì)。供電系統(tǒng)采用電源開閉所形式供電，每座電源開閉所引入1路中壓電源，中壓環(huán)網(wǎng)設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)。牽引變電所的分布除了保證牽引供電的可靠性外，還應(yīng)結(jié)合車輛功率、行車組織、線路條件綜合考慮，充分利用好變電所的供電能力，以避免投資的浪費(fèi)。為保證旅客的安全，每個(gè)車站設(shè)一套軌道電位限制裝置。雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)按照“以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的原則設(shè)計(jì)。

4 外部電源供電方案

目前國內(nèi)外城市電網(wǎng)對(duì)軌道交通的供電方式一般可歸納為三種類型：集中供電方式、分散供電方式和混合供電方式。外部電源供電方案的選擇應(yīng)結(jié)合城市電網(wǎng)、電源路徑、電網(wǎng)規(guī)劃等多方面因素綜合考慮。

國內(nèi)外有軌電車的供電電壓制式均為DC750V，一般均采用10kV中壓環(huán)網(wǎng)電源。當(dāng)有軌電車規(guī)劃線路長度大于12km，并且沿線10kV城市電源較少時(shí)，可以考慮采用集中供電方式。

5 牽引供電系統(tǒng)

（以10kV中壓環(huán)網(wǎng)為例）正線典型電源牽引變電所10kV母線采用單母線不分段接線方式，從地區(qū)變電所引入1路AC10kV電源，并設(shè)2路出線分別接至相鄰兩個(gè)方向的變電所。正線典型牽引變電所10kV母線采用單母線不分段接線方式，從其中一座相鄰所引入1路AC10kV電源，并設(shè)1路出線至下一相鄰所電。

車輛段牽引變電所10kV母線采用單母線分段接線方式，每段母線設(shè)一路地區(qū)電源進(jìn)線，分別來自地區(qū)變電站的不同母線。直流正母線通過直流快速開關(guān)分別向左右兩方向的上、下行牽引網(wǎng)供電。

6 接觸網(wǎng)系統(tǒng)

6.1 接觸網(wǎng)架設(shè)范圍

接觸網(wǎng)架設(shè)范圍包括正線、正線間的渡線、折返線、停車線、出入段線以及車輛段內(nèi)電化股道。

6.2 主要設(shè)計(jì)原則

接觸網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)滿足本工程行車最高速度70km/h的要求，安全可靠地向車輛供電。接觸網(wǎng)其結(jié)構(gòu)形式力求簡單、輕型，穩(wěn)定性好，便于安裝。接觸網(wǎng)設(shè)備及零部件要技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、耐腐蝕性好，做到不維修或少維修。關(guān)鍵零件采用強(qiáng)度高、性能好的模鍛或精鑄金屬零件。接觸網(wǎng)形式應(yīng)力求美觀，以減少對(duì)城市景觀的影響。

7 電力監(jiān)控系統(tǒng)

全線設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），對(duì)本工程的變電所、牽引網(wǎng)等主要供電設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)及雜散電流的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集及處理，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備的自動(dòng)化調(diào)度管理，以確保牽引供電系統(tǒng)和全線的電力變配電系統(tǒng)安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。endprint

8 動(dòng)力照明與低壓配電

所有牽引變電所不另設(shè)所用變壓器，由降壓變電所為其提供低壓電源。降壓變電所與牽引整流站一道接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

根據(jù)用電設(shè)備的重要程度，動(dòng)力照明負(fù)荷劃分為

三級(jí)：

一級(jí)負(fù)荷有車輛段及停車場(chǎng)內(nèi)通信、信號(hào)、FAS、消防設(shè)備、應(yīng)急照明、變電所所用電、接觸網(wǎng)報(bào)警裝置等。

二級(jí)負(fù)荷有沿線車站照明、車輛段及停車場(chǎng)照明、區(qū)間道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備、車輛段重要的檢修設(shè)備等。

三級(jí)負(fù)荷為除一、二級(jí)負(fù)荷外的其他負(fù)荷。

一級(jí)負(fù)荷由變電所提供兩路電源供電，末端切換。二、三級(jí)負(fù)荷由雙電源變電所或接在環(huán)網(wǎng)上的變電所提供一回低壓電源供電，距離變電所過遠(yuǎn)的重要二級(jí)負(fù)荷提供兩回線路供電。

9 供電車間

在車輛段綜合維修基地設(shè)置供電車間，負(fù)責(zé)全線供電設(shè)施的運(yùn)營管理、檢修維護(hù)和事故搶修以及材料供應(yīng)等工作，保證供電系統(tǒng)安全可靠和不間斷地供電。

10 雜散電流腐蝕防護(hù)

雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)按照“以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的原則設(shè)計(jì)，設(shè)置雜散電流防護(hù)及檢測(cè)系統(tǒng)，在無法設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)的路段，對(duì)沿線金屬管線進(jìn)行單獨(dú)防護(hù)。當(dāng)雜散電流防護(hù)與安全接地發(fā)生矛盾時(shí)，優(yōu)先考慮安全接地。

11 結(jié)語

有軌電車線路供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要綜合考慮城市道路現(xiàn)狀及規(guī)劃斷面情況、運(yùn)營組織密度等因素，經(jīng)過分析、比較、研究后確定。尤其是如何選擇供電方式的種類是制約現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)的重要因素，會(huì)直接影響整體工程的成本和供電能力的最優(yōu)化利用，可以結(jié)合公司車輛的具體優(yōu)勢(shì)，提高現(xiàn)代有軌電車的能量利用率和節(jié)能環(huán)保

要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 于松偉，楊興山，韓連祥，張巍.城市軌道交通供電

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[M].成都：西南交通大學(xué)出版

社，2008.

[2] 薛美根，楊立峰，程杰.現(xiàn)代有軌電車主要特征與國

內(nèi)外發(fā)展研究[J].城市交通，2008，6（6）：88-96.

作者簡介：李虎（1986—），男，河北唐山人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司電氣工程師，研究方向：城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。endprint