城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成及運行方式優(yōu)缺點分析

王穎

摘 要：城市軌道交通供電系統(tǒng)是為運營提供能源的系統(tǒng)，而直流牽引供電系統(tǒng)為電動列車提供牽引用電，也是供電系統(tǒng)的核心組成部分，本文分析了各種供電方式優(yōu)缺點，并從電力調(diào)度的角度，運用調(diào)度方式的靈活性，保障城市軌道交通安全可靠運營。

關(guān)鍵詞：直流牽引供電系統(tǒng) 電力調(diào)度 供電方式

1、直流牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成

主要由①牽引降壓混合變電所②正饋電線、③接觸網(wǎng)（第三軌）、④電動列車、⑤走行鋼軌、⑥回流線路、⑦電分段組成。

圖1-直流牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.1牽引降壓混合變電所

引自主變電所來的中壓電壓經(jīng)過變壓器、整流器（即整流機組）變?yōu)镈C1500V，再經(jīng)DC1500V開關(guān)柜、正饋電線向接觸網(wǎng)供電。

1.2 正饋電線

牽引混合降壓變電所和接觸網(wǎng)（第三軌）之間的電纜，正饋電線將電能傳輸至接觸網(wǎng)（第三軌）。

1.3接觸網(wǎng)（第三軌）

正線一般采用架構(gòu)剛性接觸網(wǎng)，剛性接觸網(wǎng)是向電動客車供給電能的導(dǎo)電體，在地鐵末端一般采用架空柔性接觸網(wǎng)。

1.4走行鋼軌

列車在運行時，走行軌作為牽引電流回流至牽引降壓混合變電所的電路，正線走行鋼軌作為回流軌，均流線設(shè)置在上、下行鋼軌之間，目的是為了減小鋼軌電阻和線路損耗，更好的降低了鋼軌點位，更好的保障設(shè)備和人員的安全。

1.5回流線

連接鋼軌和牽引混合降壓所的線路，目的是將牽引電流返回變電所，形成供電通路。

1.6電分段

電分段是接觸網(wǎng)的電氣隔離，通過電分段把接觸網(wǎng)分成不同的供電分區(qū)，作用便于檢修和縮小事故范圍，也為各種供電方式提供條件。

2、直流牽引供電系統(tǒng)的運行方式

（1）雙牽引整流機組雙邊供電

直流牽引供電系統(tǒng)正常運行時，各牽引變電所的兩套牽引整流機組均應(yīng)投入使用，直流饋線斷路器、隔離開關(guān)閉合，縱向越區(qū)隔離開關(guān)打開，相鄰兩牽引降壓混合所形成雙邊供電。以圖1為例，1#、2#、3#為相鄰的三個牽引降壓混合所，2#、3#牽引降壓混合所各引入一路電源送入接觸網(wǎng)，形成雙邊供電。

但在在地鐵線路的末端，列車在線路末端運行時只能從臨近變電所所取電，稱為單邊供電。

（2）單牽引整流機組雙邊供電

當牽引降壓混合變電所一套整流機組故障退出時，當負荷不大的時，另外一組整流機組可以短時單機組連續(xù)運行的能力。

（3）雙牽引整流機組單邊供電運行方式

當故障情況下，當某一牽引混合變電所的一條直流饋線回路故障時，列車只從所在供電分區(qū)上的相鄰另一牽引變電所取得電能，以圖1為例，2#牽引降壓混合所2131故障，2#、3#之間的供電分區(qū)只能從由3#牽引降壓混合所一邊供電..

（4）直流母排越區(qū)供電的供電方式

以圖1為例，當2#所因故障退出運行時，此時2#所直流進線斷開，饋線隔離開關(guān)、斷路器合閘，通過2#所的DC1500V母排形成越區(qū)供電。

（5）縱向越區(qū)隔離開關(guān)越區(qū)供電的供電方式

以圖1為例，當2#所因故障退出運行，通過2#所縱向越區(qū)隔離開關(guān)形成雙邊供電，，通過2#所合閘2113縱向越區(qū)隔離開關(guān)形成越區(qū)供電，1#、3#兩個牽引降壓混合所向2#所在供電分區(qū)供電。

3、各種運行方式的優(yōu)缺點對比

（1）雙牽引整流機組雙邊供電

相鄰牽引降壓各經(jīng)一路饋線向同一供電分區(qū)饋電，是直流牽引供電系統(tǒng)正常運行方式，該供電方式下牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量好，繼電保護最靈敏且損耗最低，對迷流防護有利，因此雙邊供電方式是最優(yōu)的運行方式。

（2）單牽引整流機組運行方式

一套整流機組運行時，整流方式由雙機組變成了單機組，導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量低，諧波含量也增加，降低了供電范圍，單臺牽引整流機組具有150%過負荷，連續(xù)運行2小時的供電能力，此時電力調(diào)度應(yīng)嚴格監(jiān)視該整流機組的過負荷情況，另一套整流機組出現(xiàn)異常時，應(yīng)立即將該整流機組也退出運行，并且根據(jù)情況改變供電運行方式。長遠不考慮單機組運行，國內(nèi)地鐵一般不采用此供電方式。

（3）雙牽引整流機組單邊供電的運行方式

電力調(diào)度操作單邊供電的時非常簡單，但當供電距離較長時候，因接觸網(wǎng)和鋼軌本身有一定電阻值，牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量也會較差，消耗在線路上的電能將增大。另外，在供電末端發(fā)生短路時，由于接觸網(wǎng)、鋼軌電阻的存在，一旦發(fā)生短路故障，可能達不到開關(guān)柜動作值，從而不能切斷短路電路，擴大故障事故范圍。因此，在設(shè)計上線路末端單邊供電區(qū)域都離牽引變電所較近，因此單邊供電作為一種故障情況下的臨時供電方式，不能作為直流牽引供電系統(tǒng)經(jīng)常運行的方式。

（4）通過直流母排越區(qū)供電的供電方式

此方式電力調(diào)度操作簡單，利用故障變電所的直流母線將上下行的接觸網(wǎng)并聯(lián)起來，提高了牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量，缺點是直流母排構(gòu)成大雙邊供電的兩個牽引變電所對應(yīng)的直流饋線開關(guān)之間沒有聯(lián)跳功能，如2#所故障退出，此時采用直流母排越區(qū)供電，1#所213開關(guān)檢測到故障時，能聯(lián)跳2#所211開關(guān)，不能聯(lián)跳3#所211開關(guān)，因此用此方法必須明確故障變電所的直流正母排、饋線開關(guān)、隔離開關(guān)、饋線回路沒有故障，一旦相關(guān)設(shè)備或者回路故障，使用此方法就會造成擴大事故的范圍，在地鐵運營期間運用這種供電方式的情況非常少。

（5）通過縱向越區(qū)隔離開關(guān)越區(qū)供電的供電模式

此方式電力調(diào)度操作簡單，利用在于運行期間一旦越區(qū)供電范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)發(fā)生故障，向該區(qū)供電的兩個饋線開關(guān)之間可以互發(fā)聯(lián)跳信號，及時切斷故障線路，缺點是縱向越區(qū)隔離開關(guān)不能帶負荷操作，必須先對線路進行停電，對線路正常運營會有短時間的影響。

綜上所述，正常運行時，直流牽引供電系統(tǒng)正常情況下應(yīng)采用雙牽引整流機組雙邊供電，此供電方式牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量好切能耗低，當發(fā)生故障時，電力調(diào)度根據(jù)現(xiàn)場情況改變正常的運行方式。

4、結(jié)論

本文描述了城市軌道交牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成，對直流牽引供電系統(tǒng)正常和故障情況下各種運行方式進行了描述和分析，直流牽引供電系統(tǒng)故障情況下的運行方式有諸多不可靠性，所以故障情況下的運行方式不能長期運行，一旦出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障，電力調(diào)度按照"先通后復(fù)"的原則處理，根據(jù)實際情況靈活運用各種供電方式，保障軌道交通的持續(xù)供電，并應(yīng)盡快組織人員進行故障處理，盡快恢復(fù)正常的供電方式，保障供電系統(tǒng)設(shè)備和行車的安全性和穩(wěn)定性。在實際運營過程中，會遇突發(fā)性故障，采用什么供電方式需要電力調(diào)度結(jié)合實際情況和經(jīng)驗進行分析判斷，尤其是考驗地鐵電力調(diào)度應(yīng)急處置能力，因此地鐵電力調(diào)度的調(diào)度水平顯得尤為關(guān)鍵。

參考文獻

[1]于松偉，楊興山，韓連祥.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用.西南交通大學(xué)出版社.2008。

[2]李學(xué)武，城市軌道交通供變電技術(shù).西南交通大學(xué)出版社.2013。endprint