軌道交通牽引供電系統(tǒng)綜述

孫濤

摘 要：在各行各業(yè)不斷發(fā)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(jīng)成為了現(xiàn)如今生活生產(chǎn)中必不可少的一項組成內(nèi)容。在軌道交通系統(tǒng)中，牽引系統(tǒng)是重要的組成內(nèi)容，所以也是軌道交通研究人員重點關(guān)注的內(nèi)容。為了進一步保證軌道交通系統(tǒng)的安全性和可靠性，本文將就軌道交通牽引供電系統(tǒng)展開論述。

關(guān)鍵詞：軌道交通；牽引供電；供電系統(tǒng)

中圖分類號： U223 文獻標(biāo)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(nèi)的牽引變壓器設(shè)置了兩臺，一旦其中一臺出現(xiàn)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(gòu)成主要是兩臺單相變壓器，變壓器分別和接觸網(wǎng)和負饋線連接，中間抽頭和鋼軌連接。

2 牽引供電系統(tǒng)

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(nèi)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(shè)置取決于牽引系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、牽引網(wǎng)電壓等級、牽引網(wǎng)電壓損失、供電質(zhì)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(shè)備

牽引變電站的主要設(shè)備是27.5kV開關(guān)柜、整流變、整流器、直流1500V正負母排、直流高速開關(guān)。27.5kV開關(guān)柜應(yīng)選用SF6絕緣全封閉組合電器，以減少占地面積。27.5kV開關(guān)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(shè)置在同一27.5kV母線上并聯(lián)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(dāng)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(xù)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(qū)段的觸網(wǎng)進行雙邊供電。當(dāng)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(wǎng)單邊供電。

整理器組由27.5kV整流變開關(guān)、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(shè)四路直流高速開關(guān)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(wǎng)的接觸滑行，就構(gòu)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(guān)分別向左右兩個方向的上、下行牽引網(wǎng)供電。線路末端站可能只有兩路饋出線，車輛段饋出線數(shù)量要根據(jù)需求設(shè)置。饋出線的直流高速開關(guān)至正線觸網(wǎng)間設(shè)觸網(wǎng)閘刀，在上行、下行同一供電分區(qū)絕緣分段處設(shè)有接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)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(chǎn)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(nèi)一個二極管故障時發(fā)出報警，兩個二極管故障開關(guān)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(cè)均設(shè)有過電壓保護，交流側(cè)采用RC回路，直流側(cè)采用RC回路加壓敏電阻，保證兩側(cè)的過電壓被吸收。

2.1.4.2 直流1500V系統(tǒng)繼電保護配置

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

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(wǎng)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(nèi)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(wǎng)熱過負荷保護：根據(jù)電纜電流及接觸網(wǎng)的發(fā)熱量等推算出電纜溫度，當(dāng)電纜溫度超過整定值時，同一供電區(qū)域兩個直流高速開關(guān)跳閘。

雙邊聯(lián)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(qū)間供電的斷路器可靠跳閘而增設(shè)的后備保護。

框架泄漏保護：是切除直流設(shè)備正極對機殼（大地）發(fā)生短路故障，接觸網(wǎng)對架空線發(fā)生短路故障而設(shè)置的保護。電流型框架保護是直流系統(tǒng)主絕緣擊穿，故障站及相鄰車站同一供電區(qū)域共八臺直流高速開關(guān)、兩臺整流機組27.5kV開關(guān)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(guān)、兩臺整流機組27.5kV開關(guān)跳閘。直流高速開關(guān)自動重合閘：當(dāng)線路持續(xù)短路故障時，直流高速開關(guān)會檢測3次后閉鎖，否則直流高速開關(guān)會自動重合閘。

2.2 接觸網(wǎng)

2.2.1 接觸網(wǎng)的作用及特點

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

①接觸網(wǎng)由于與電動車組在空間上的關(guān)系，和軌道一樣無法采取備用措施。所以一旦接觸網(wǎng)發(fā)生故障，整個供電區(qū)間即全部停電。

②接觸網(wǎng)下有許多電動車組在高速運動，運行中不可避免地會產(chǎn)生受電弓離線而引起的電弧。再加上處于露天環(huán)境，其發(fā)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(zhì)量良好地從接觸網(wǎng)取流，對接觸網(wǎng)導(dǎo)線的高度、拉力值、定位器坡度，接觸網(wǎng)彈性、均勻度等都有定量要求。

2.2.2 接觸網(wǎng)的分類

2.2.2.1 柔性架空接觸網(wǎng)

柔性架空接觸網(wǎng)由帶張力的柔性金屬導(dǎo)線組成。在運行過程中，受電弓與接觸線保持可靠的弓網(wǎng)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(wǎng)。

2.2.2.2 剛性架空接觸網(wǎng)

剛性架空接觸網(wǎng)將傳統(tǒng)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(wǎng)

接觸軌式接觸網(wǎng)是沿線路敷設(shè)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(wǎng)具有構(gòu)造簡單、安裝方便、維修性好、投資省、壽命長等優(yōu)點。

3 結(jié)束語

本文介紹了牽引變壓器和牽引供電系統(tǒng)，希望本文的提出具有一定的參考價值。

參 考 文 獻

[1] 李群湛.城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2015，02：199-207.

[2] 張明銳，龔曉冬，李啟峰.基于故障樹法的城市軌道交通牽引供電接觸網(wǎng)可靠性分析[J].城市軌道交通研究，

2015，03：6-12.

[3] 常國蘭.城市軌道交通牽引供電整流機組的技術(shù)探討[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015，03：17-20.

[4] 王曉博，尚志堅，趙壘.城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)殘壓研究[J].城市軌道交通研究，2015，09：55-59+64.