地鐵牽引供電系統(tǒng)分析

佟曉冬,回嘉冀

(1.沈陽電氣傳動研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110141； 2.沈陽地鐵集團公司，遼寧 沈陽 110042)

地鐵牽引供電系統(tǒng)分析

佟曉冬1,回嘉冀2

(1.沈陽電氣傳動研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110141； 2.沈陽地鐵集團公司，遼寧 沈陽 110042)

牽引供電系統(tǒng)有牽引變電所和牽引網(wǎng)兩部分組成，兩者在運行中影響相互協(xié)、調(diào)統(tǒng)一調(diào)度。牽引供電系統(tǒng)因其本身的特點，與地面工程的其他供電系統(tǒng)或者配電系統(tǒng)的運行方式也有差異，因此在設(shè)計上應(yīng)滿足要求，用最小的投資最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的效能，保證列車的安全正常運行。

地鐵；電力系統(tǒng)；雙邊

1 引言

地鐵供電系統(tǒng)可分為兩個部分：交流中壓系統(tǒng)和直流牽引系統(tǒng)。直流牽引供電系統(tǒng)的最大特點就是系統(tǒng)的“多電源”和保護的“多死區(qū)”。所謂多電源，既當牽引網(wǎng)發(fā)生短路時，并非僅雙邊供電兩側(cè)的牽引變電所向短路點供電，而實際上是全線的牽引變電所皆通過牽引網(wǎng)向短路點供電。

牽引供電系統(tǒng)根據(jù)需要可以有以下幾種運行方式：

(1)牽引變電所正常為雙機組并列運行，以構(gòu)成等效24脈波整流。

(2)一臺機組退出運行時也可以有條件地單機組運行。

(3)系統(tǒng)中允許幾座牽引變電所解列退出運行，條件是解列的變電所必須是至少相隔兩座牽引變電所。

(4)牽引網(wǎng)正常實現(xiàn)雙邊供電，當一座牽引變電所故障解列退出運行，應(yīng)實現(xiàn)大雙邊供電。

(5)只有在末端牽引變電所故障解列時才采用單邊供電，如列車在牽引網(wǎng)末端啟動時電壓降超過運行值，可通過橫向電動隔離開關(guān)將上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)，以減小回路電阻，降低電壓損失。

(6)本所整流機組都掛在35kV一段母線上，相鄰牽引變電所的整流機組會掛在另一段35kV母線上，這提高了供電的可靠性。

2 牽引供電系統(tǒng)按雙邊供電設(shè)計

雙邊供電是指任何一個饋電區(qū)同時從兩側(cè)牽引變電所取得兩路電源。地鐵的牽引供電系統(tǒng)，在正線的設(shè)計和運營中，均應(yīng)采用雙邊供電方式，因為雙邊供電具有明顯的有點。雙邊供電是設(shè)計必須滿足的條件，也是正常運營的首選方式，單邊供電不是設(shè)計的限制條件。即使在一座牽引變電所故障解列時，也應(yīng)采取技術(shù)措施實行大雙邊供電，同時應(yīng)自動完成雙邊聯(lián)跳條件的轉(zhuǎn)換，這樣可以減少牽引變電所數(shù)量，既節(jié)省建設(shè)投資，又減少運營費用，同時減小列車起動時的電壓損失，降低功率損耗，有利于列車運行，并且不影響運送旅客的能力，這對運營是非常有利的。雙邊供電示意圖1所示，走行軌對地電位分布如圖2所示。

圖1 雙邊供電示意圖

圖2 雙邊供電走行軌對地電位分布示意圖

雙邊供電比單邊供電曲優(yōu)點如下：

(1)牽引網(wǎng)的平均電壓損失，雙邊供電是單邊供電的1/3～1/4。平均電壓損失是指列車在區(qū)間運行時的平均電壓損失，它對輔助電機的運轉(zhuǎn)有意義。平均電壓損失有兩個分量組成，即由指定列車本身所取電流在其受流器上引起的電壓損失和同行其他列車電流在其受流器上造成的電壓損失之和。

(2)列車帶電運行時受流器上的電壓損失，雙邊供電是單邊供電的1/3～1/4，也有兩個分量組成，即由指定列車本身所取電流在其受流器上引起的電壓損失和同行其他列車電流在其受流器上造成的電壓損失之和。

(3)列車最大平均電壓損失，雙邊供電是單邊供電的1/4。

(4)列車起動時最大電壓損失，雙邊供電是單邊供電的1/4，滿足列車起動耐的最大電壓損失要求，是決定牽引變電所間距的必須滿足的條件。單邊供電列車起動時最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的終點，雙邊供電列車起動時最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的中點。

(5)牽引網(wǎng)的功率損失，雙邊供電是單邊供電的1/3～1/4。牽引網(wǎng)中的功率損失等于牽引網(wǎng)中諸列車各自的電流與電壓損失的乘積之和。

(6)雙邊供電時，列車的再生能量可以被同行列車吸收，當車流密度高時再生能量更易被同行列車利用；而單邊供電時，再生能量被其他同行列車吸收的可能性極小。

(7)雜散電流值雙邊供電是單邊供電的1/3～1/4。直流牽引網(wǎng)采用接觸網(wǎng)正極送電，走行軌負極回流，隨著列車的運行，絕大部分回流電流沿著走行軌流回牽引變電所，同時也不可避免地要從走行軌道中向地下(道床、結(jié)構(gòu)鋼筋)泄漏電流(雜散電流)。雜散電流的大小主要由下列兩個主要因素起作用：

①走行軌對地電位的高低。

②走行軌對地過渡電阻的大小。

當然，走行軌對地電位越低、走行軌對地的過渡電阻越高則雜散電流就越小。牽引供電系統(tǒng)在向列車供電的同時，也在隨列車的移動從走行軌向地下泄漏電流。采用雙邊供電方式是減小雜散電流最有效的措施。牽引網(wǎng)無論是正常運行方式還是事故狀態(tài)(一座牽引變電所解列)時都應(yīng)采用雙邊供電。走行軌對地電位雙邊供電是單邊供電時的1/3～1/4，在線路條件相同的情況下，雙邊供電比單邊供電時雜散電流要小3～4倍是顯而易見的。

3 大雙邊供電的兩種方式

鑒于雙邊供電比單邊供電有很多優(yōu)點，系統(tǒng)中任何一座牽引變電所故障解列時，也應(yīng)采取技術(shù)措施，實行大雙邊供電。實現(xiàn)大雙邊供電有以下兩種方式：

(1)利用解列的牽引變電所的直流母線構(gòu)成大雙邊供電，利用牽引變電所直流母線構(gòu)成大雙邊供電的條件是：

①牽引變電所只有兩套整流機組退出運行。

②直流母線、上下行4路饋線開關(guān)及其二次回路完好無損且能正常運行。

(2)利用縱向電動隔離開關(guān)構(gòu)成大雙邊供電，當牽引變電所故障解列時，利用電分段處的縱向電動隔離開關(guān)構(gòu)成大雙邊供電，使整座牽引變電所(含隧道開關(guān)柜)退出運行，牽引網(wǎng)運行不受故障牽引變電所的影響。

縱向電動隔離開關(guān)的用途有兩個：

①作為牽引變電所4路饋線開關(guān)的備用開關(guān)。

②作為牽引變電所的備用開關(guān)。

4 牽引變電所的運行

因治理諧波的需要，牽引變電所多采用雙機組構(gòu)成等效24脈波整流，在一天的運行中，除高峰小時以外的其他時間，牽引變電所可以單機組運行，但必須滿足下列兩個條件：

(1)牽引負荷不能大于單機組允許的過負荷能力。

(2)單機組的12脈波整流所產(chǎn)生的諧波能與供電系統(tǒng)中的其他用戶電磁兼容，并滿足諧波治理的規(guī)定。

4 允許系統(tǒng)中任何一座牽引變電所故障解列

當系統(tǒng)中任何相隔兩座的牽引變電所故障解列時，靠其相鄰牽引變電所的過負荷能力，應(yīng)仍能保證列車的正常運行，不影響運送旅客的能力。故障或退出運行的牽引變電所必須是相隔兩座的牽引變電所。

The Analysis of the Metro′s Traction Power Supply System

TONGXiao-dong1,HUIJia-ji2

(1.Shengyang Electrical Driving Research Institute,Shenyang 110141,China; 2.Shenyang Underground Group Co.,Ltd.,Shenyang 110042,China)

A traction power supply system consists of two parts, the traction substations and the traction network, both of them influence the other and unified schedule in the operation.Because of its own characteristics,it is different between the traction power supply system and the other power supply system on the ground or the operation method of distribution system.Therefore, it needs to meet the requirements of the design, using a minimal investment to realize the most maximize efficiency of the system and ensure the train running safely.

underground;power system;duble sides

1004-289X(2016)03-0105-03

TM922

B

2016-02-18