針對地鐵接觸網(wǎng)淺析牽引供電系統(tǒng)的開關設置

熊青松

摘 要 隨著我國交通行業(yè)的飛速發(fā)展，地鐵行業(yè)面臨著較大的發(fā)展挑戰(zhàn)，地鐵供電系統(tǒng)的正常運行直接關系到地鐵行業(yè)的長遠發(fā)展，因此得到了人們的重點關注。下面該文主要針對地鐵接觸網(wǎng)淺析牽引供電系統(tǒng)的開關設置工作，希望能夠有效推動我國地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的長遠發(fā)展。

關鍵詞 地鐵;供電系統(tǒng);開關

通過相關調查不難發(fā)現(xiàn)，地鐵接觸網(wǎng)牽引供電系統(tǒng)的電壓由交流35KV逐漸轉變?yōu)檩^低的1500V電壓，確保地鐵的安全穩(wěn)定運行，結合實際工作需求設置了相應的直流回路斷路器和高壓回路斷路器，地鐵系統(tǒng)本身就擁有以下特征：①直流回路只有地鐵列車一種負載，不同于一般供電線路有各種各樣不同的負載。②地鐵列車在晚上收車后，負載為“0”，不像普通供電線路每天有峰有谷，谷時仍有負載。③地鐵接觸網(wǎng)某一段停電檢修時，同方向會停運，相鄰段接觸網(wǎng)帶電無意義。綜上所述，在開關設置時不應像一般電線路（如一座工廠）那樣去考慮。

1針對接觸網(wǎng)方式的地鐵牽引供電線路探究

地鐵供電系統(tǒng)可以分成幾個不同的供電區(qū)域，通過主變電所把原有的110KV電壓轉變?yōu)?5KV電壓，然后分別從兩個方面實現(xiàn)電纜敷設工作，從而確保所有供電區(qū)域變電所的正常運行，經(jīng)高壓斷路器至牽引變壓器，變?yōu)榈碗妷汉蠼?jīng)整流裝置變?yōu)?500V直流電，再經(jīng)由直流斷路器配出至接觸網(wǎng)。每個牽引變電所饋出4路電纜，每路設一個直流開關柜。正常運行時，每座牽引變電所的2臺整流裝置并列運行，向正線接觸網(wǎng)前后相鄰兩段供電（接觸網(wǎng)在此處設絕緣錨段關節(jié)），同時前后相鄰的兩座牽引變電所也向此兩段接觸網(wǎng)分別供電，即雙邊供電。當一座牽引變電所解列時，由相鄰牽引變電所越區(qū)供電;當某個牽引變電所一臺整流裝置出現(xiàn)故障或檢修時，另一臺整流裝置具備運行條件時繼續(xù)運行。

2提出相應的對策

2.1 盡量降低作用較小的直流斷路器占比

如果地鐵接觸網(wǎng)出現(xiàn)運行問題，我們需要深入研究設計人員的設計方案是否合理，然后提出相應的完善方案，當前的設計觀念是通過斷開兩相鄰雙邊供電牽引變電所直流斷路器，把故障段接觸網(wǎng)切除，而保障無故障的接觸網(wǎng)仍然正常供電。但地鐵的特點是一個方向只有一條軌道，當某一處出現(xiàn)不能行車的故障時，該方向后方的列車全部到附近車站待命后停止運行，如果搶修的時間較長，前方及另一個方向在運行的地鐵列車回停車場后也將停止運行。地鐵列車運行的時間間隔一般為6～8min，剛出故障的時刻，前后相鄰的地鐵列車一列會在故障接觸網(wǎng)相鄰段遠端，另一列不在另一相鄰段接觸網(wǎng)上，如果像北京高峰時段間隔2.5min的情況，相鄰的地鐵列車會在故障接觸網(wǎng)相鄰段中遠端。此種情況下，故障接觸網(wǎng)前后相鄰段由遠端單邊供電可滿足需要（設計本身滿足相鄰牽引變電所越區(qū)供電），沒必要本變電所再向故障接觸網(wǎng)相鄰段供電，因此向前后兩段接觸網(wǎng)供電的兩回路各設一臺直流斷路器作用不大，只保留一臺直流斷路在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時斷開線路即可。至于兩臺整流裝置直流正極并聯(lián)處的兩臺斷路器，在整流裝置投入或退出運行以及向外輸電時，操作高壓斷路器可滿足要求（停送電時負載基本為“0”），設置這兩臺直流斷路器作用也不大。

2.2 在沒有出現(xiàn)故障的情況下，可以從高壓側進行停送電操作

地鐵在晚間停工后，它的直流牽引供電網(wǎng)負載大致歸為零，地鐵維護工作人員需要進一步對地鐵進行日常維護，在此過程中需要對接觸網(wǎng)進行停電處理，若只在直流開關處斷電，則會出現(xiàn)一條地鐵線幾十臺約3000kV·A變壓器空載運行約5h的情況。除對功率因數(shù)產(chǎn)生影響外，空載電流產(chǎn)生的能耗也不應忽視（當變壓器穩(wěn)態(tài)運行時，空載電流為額定電流的0.15%～10%）。這對于電力公司的規(guī)定來說是不希望存在的，對地鐵運營公司的成本來說是不經(jīng)濟的。如果每晚停電，先斷開饋出線路直流斷路器，再斷開牽引變壓器高壓側斷路器，那么直流斷路器操作是多余的，因為地鐵列車收車后接觸網(wǎng)負載基本為“0”。另一方面，每天早晨都是接觸網(wǎng)送電后地鐵列車才升弓，這之前接觸網(wǎng)基本也是空載。兩種情況，分合高壓斷路器都是變壓器基本無負載的情況下進行的，因此無須再操作直流斷路器。在高壓側閉合線路，變壓器會產(chǎn)生額定電流6～8倍的涌流，目前已有抑制變壓器空載合閘勵磁涌流的技術。還應當看到高壓側電流小且交流電有過零點，電流易斷開。而直流側電壓低電流大、電流無過零點，比交流電斷開要難一些。

3地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的開關設置調整

結合上文中提到的內(nèi)容，我們需要對地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的開關設置進行調整，需要分別保留控制饋出直流上網(wǎng)電纜的左右兩邊斷路器，其分斷能力應按短路最不利情況下的電流來選定，直流進線柜的斷路器改為隔離開關。改進后仍能滿足設計功能，當有一臺整流裝置發(fā)生非正極短路故障時，一般不會影響另一臺整流裝置，此情況下發(fā)生故障的整流裝置會在變壓器上端35kV高壓斷路器跳閘（如斷路器121或123），然后再斷開整流裝置直流側隔離開關（如201或202），切除故障整流裝置，另一臺無故障整流裝置繼續(xù)工作。

如果整流裝置出現(xiàn)正極對地短路的問題，就會造成地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的開關設置問題，從而影響地鐵接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的正常工作，兩臺整流裝置并聯(lián)，高壓斷路器121、123及直流斷路器211、212同時跳閘（此時會有從接觸網(wǎng)來的反向電流，需用直流斷路器斷開），切除故障點，隔離開關3221、3222閉合，3211、3213、3212、3214斷開，前后兩牽引變電所越區(qū)供電。當區(qū)間接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，對其雙邊供電的兩相鄰變電所內(nèi)對應的左線（軌道）或右線（軌道）直流斷路器跳閘斷開故障點（如左線故障時斷路器211斷開，右線故障時斷路器212斷開），相對應的隔離開關斷開，故障接觸網(wǎng)前后相鄰兩段由更遠處相鄰的變電所單邊供電（如圖3所示，假如左線接觸網(wǎng)Ⅰ切除，接觸網(wǎng)Ⅱ由相鄰的變電所供電，故障接觸網(wǎng)Ⅰ的另一端同理）。直流牽引供電線路上使用的設備越多，出現(xiàn)故障的概率越大，在滿足功能要求的前提下應盡量減少設備數(shù)量。通過改進，每座牽引變電所可減少4臺直流斷路器。對于變壓器空載運行的分閘操作，以及每天早晨送電的合閘操作，因負載基本為“0”，建議用高壓斷路器來完成。直流斷路器只在電線路故障時操作。