城市軌道交通三岔線路直流供電方案探究

耿少陽，靳佩躍

0 引言

城市軌道交通作為重要的公共交通方式之一在我國得到了快速發(fā)展。在城市軌道交通的線網(wǎng)規(guī)劃中，由于城市建設(shè)、居民分布等多種原因，出現(xiàn)一種三岔線路的設(shè)置方式，即上下行中的一行為兩個方向[1]。在三岔線路中，往往有1 條支路為遠(yuǎn)期延伸線路，在遠(yuǎn)期將與另外2 條支路拆分并進(jìn)行延伸，因此在三岔處設(shè)置牽引變電所時，需在滿足本期線路的貫通運(yùn)營基礎(chǔ)上考慮遠(yuǎn)期拆分時的改造工作，并盡可能地減少遠(yuǎn)期拆分時的工程量。

1 三岔線路的行車方式

三岔線路在實(shí)際線網(wǎng)中主要有兩種行車方式：第一種是遠(yuǎn)期拆分支路上的車輛在三岔處折返，另2 個支路正常行車；第二種是遠(yuǎn)期拆分支路上的車輛通過三岔處前往另1 條支路[2]。兩種行車方式如圖1 所示。

如圖1（a）所示，第一種行車方式下，遠(yuǎn)期拆分支路和另外2 條支路可認(rèn)為是2 條不同線路，三岔處的車站可認(rèn)為是2 條線路的換乘站，遠(yuǎn)期拆分支路和另2 條支路的連接線可認(rèn)為是2條線路的聯(lián)絡(luò)線。該行車方式下，需在聯(lián)絡(luò)線接觸網(wǎng)設(shè)置絕緣分段，鋼軌需設(shè)置絕緣節(jié)。

如圖1（b）所示，第二種行車方式下，三岔處車站為3 條支路的交點(diǎn)，3 條支路需作為同一條線路考慮。該行車方式下，接觸網(wǎng)可以設(shè)置或不設(shè)置絕緣分段，但鋼軌需要連通，不能設(shè)置絕緣節(jié)。

圖1 三岔線路的兩種行車方式

2 三岔線路的直流供電方案

2.1 第一種行車方式下的直流供電方案

在第一種行車方式下，在三岔處車站兩線可分別設(shè)置牽引所，也可以僅在遠(yuǎn)期拆分線路設(shè)置牽引所，或設(shè)置1 座牽引所同時為三邊供電[3]。由于三岔處車站為遠(yuǎn)期拆分線路的末端站，因此該車站必須設(shè)置牽引所，而另外2 條支路構(gòu)成的線路可根據(jù)牽引計(jì)算結(jié)果考慮是否設(shè)置牽引所。兩線分設(shè)牽引所和僅在遠(yuǎn)期拆分線路設(shè)置牽引所為常規(guī)方案，本文不再進(jìn)行討論。設(shè)置1 座牽引所同時為三邊供電的方案如圖2 所示。

圖2 設(shè)置1 座牽引所為三邊供電

設(shè)置1 座牽引所為三邊供電方案下，牽引所單行共饋出3 回饋線，分別為3 條支路的3 個供電分區(qū)供電。牽引所單行設(shè)置2 回回流線，分別接入遠(yuǎn)期拆分支路和另外2 條支路。該方案優(yōu)點(diǎn)：拆分前節(jié)省投資，僅設(shè)置1 座牽引所即可完成兩線路的供電；聯(lián)絡(luò)線絕緣分段兩側(cè)接觸網(wǎng)壓差小，列車通過聯(lián)絡(luò)線時不易拉弧。缺點(diǎn)：拆分后，該牽引所僅可為未拆分的兩支路供電，遠(yuǎn)期線路若在該站設(shè)置牽引所需進(jìn)行改造，造價成本較高；拆分后，遠(yuǎn)期線路不在本站設(shè)置牽引所時，拆分前設(shè)置的直流設(shè)備、直流電纜、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)等需進(jìn)行拆除，拆分支路在延伸工程實(shí)施時需停止運(yùn)營。

2.2 第二種行車方式下的直流供電方案

在第二種行車方式下，在三岔處車站牽引所設(shè)置方案與第一種行車方式下相同，但根據(jù)不同的接觸網(wǎng)分段形式，具有不同的供電方案，具體如下：

（1）方案1：車站設(shè)置2 座牽引所，接觸網(wǎng)設(shè)置絕緣分段，如圖3 所示。

圖3 設(shè)置2 座牽引所，接觸網(wǎng)設(shè)置分段

該方案與第一種行車方式下兩線分設(shè)牽引所的方案除未設(shè)置鋼軌絕緣節(jié)外完全相同，非常有利于后期的拆分，僅需添加鋼軌絕緣節(jié)即可。但該方案在拆分前存在較大的缺陷。由于2 座牽引所的直流母線未通過接觸網(wǎng)相連，接觸網(wǎng)絕緣分段兩側(cè)的分區(qū)分別由不同的整流機(jī)組供電，因此絕緣分段兩側(cè)的接觸網(wǎng)網(wǎng)壓是不同的，當(dāng)車輛通過該絕緣分段時會由于兩側(cè)壓差的存在產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。該問題對行車安全有較大影響。

（2）方案2：車站設(shè)置2 座牽引所，接觸網(wǎng)不設(shè)置絕緣分段，如圖4 所示。

圖4 設(shè)置2 座牽引所，接觸網(wǎng)不設(shè)置分段

該方案下，三支路交點(diǎn)處的供電分區(qū)由3 座牽引所進(jìn)行三邊供電。相比于方案1，該方案解決了絕緣分段兩側(cè)網(wǎng)壓不同的問題。但是，當(dāng)三邊供電的分區(qū)發(fā)生短路時，其短路電流比雙邊供電的分區(qū)短路電流更大，因此對設(shè)備的短路耐受能力要求更高；且三邊供電時，3 座牽引所需進(jìn)行三邊聯(lián)跳，聯(lián)跳方案較為復(fù)雜，容易對運(yùn)營造成困擾。當(dāng)后期進(jìn)行拆分時，該方案下，需對3 座牽引所的聯(lián)跳回路進(jìn)行修改，并增設(shè)接觸網(wǎng)絕緣分段和鋼軌絕緣節(jié)。

（3）方案3：車站設(shè)置1 座牽引所僅為遠(yuǎn)期拆分線路供電，接觸網(wǎng)設(shè)置絕緣分段，如圖5 所示。

圖5 設(shè)置1 座牽引所僅為拆分線路供電，接觸網(wǎng)設(shè)置分段

該方案與方案1 無本質(zhì)不同，優(yōu)缺點(diǎn)與方案1相同。

（4）方案4：車站設(shè)置1 座牽引所僅為遠(yuǎn)期拆分線路供電，接觸網(wǎng)不設(shè)置絕緣分段，如圖6 所示。

圖6 設(shè)置1 座牽引所僅為拆分線供電，接觸網(wǎng)不設(shè)置分段

該方案與方案2 無本質(zhì)不同，優(yōu)缺點(diǎn)與方案2相同。

（5）方案5：車站設(shè)置1 座牽引所為三邊供電，接觸網(wǎng)設(shè)置絕緣分段，如圖7 所示。

圖7 設(shè)置1 座牽引所為三邊供電，接觸網(wǎng)設(shè)置分段

該方案與第一種行車方式下的設(shè)置1 座牽引所的方案除未設(shè)置鋼軌絕緣節(jié)外完全相同，其優(yōu)缺點(diǎn)也基本一致。

（6）方案6：車站設(shè)置1 座牽引所為三邊供電，接觸網(wǎng)不設(shè)置絕緣分段，如圖8 所示。

圖8 設(shè)置1 座牽引所為三邊供電，接觸網(wǎng)不設(shè)置分段

該方案為方案2 和方案5 的組合，具有這兩個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，故不再贅述。

3 現(xiàn)場實(shí)例及方案改進(jìn)

3.1 現(xiàn)場實(shí)例

杭州地鐵6 號線和杭富線在換乘站美院象山站處構(gòu)成了三岔線路。原設(shè)計(jì)中，6 號線和杭富線分別運(yùn)營，并在美院象山站進(jìn)行同臺換乘，與第一種行車方式相同。因此，美院象山站采用了第一種行車方式下兩線分設(shè)牽引所的方案，即兩線分別設(shè)置牽引所進(jìn)行供電，如圖9 所示。

圖9 美院象山站原供電方案

但根據(jù)杭州線網(wǎng)規(guī)劃及業(yè)主要求，6 號線將與杭富線貫通運(yùn)營，且在遠(yuǎn)期將對6 號線雙浦站—美院象山站段進(jìn)行拆分延伸。因此，對其供電方案進(jìn)行更改，如圖10 所示。

圖10 美院象山站貫通運(yùn)營供電方案

由于兩線的貫通運(yùn)營，行車方式改為第二種，在科海路站方向支線的分段絕緣器處產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，對分段絕緣器和受電弓造成了損害。

為解決拉弧問題，可采用第二種行車方式下的方案2 或方案5。但由于兩線已進(jìn)入跑圖階段，軌行區(qū)作業(yè)較為困難，且方案2 缺點(diǎn)較為明顯，故需考慮新的供電方案。

3.2 方案改進(jìn)

由于現(xiàn)場已按第一種行車方式下兩線分設(shè)牽引所的方案進(jìn)行實(shí)施，因此需在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)以滿足現(xiàn)場需要。由于拉弧現(xiàn)象是由于分段絕緣器兩側(cè)的供電的整流機(jī)組不同造成，改為同一整流機(jī)組供電即可滿足要求，因此提出改進(jìn)方案如圖11所示。

圖11 美院象山站貫通運(yùn)營改進(jìn)后供電方案

該方案具體實(shí)施如下：

（1）杭富線牽引所增加2 面直流饋線開關(guān)柜。

（2）6 號線牽引所拆除楓樺西路站側(cè)2 面直流饋線柜的直流電纜。

（3）將杭富線新增饋線開關(guān)柜與6 號線拆除電纜的饋線柜經(jīng)直流電纜連接，使杭富線牽引所直流母線和6 號線牽引所直流母線相連。

（4）閉合美院象山站6 號線的上下行越區(qū)隔離開關(guān)。

（5）將6 號線牽引所的整流機(jī)組退出運(yùn)行。

該方案實(shí)際為第二種行車方式下方案5 的一種變化形式，但在方案5 的基礎(chǔ)上作了一些改進(jìn)以適應(yīng)現(xiàn)場需求。其優(yōu)點(diǎn)與方案5 基本一致，不再贅述。其缺點(diǎn)如下：（1）當(dāng)美院象山站杭富線牽引所解列時，科海路站—美院象山站供電分區(qū)為單邊供電，分段絕緣器兩側(cè)可能會產(chǎn)生壓差，發(fā)生拉弧現(xiàn)象；（2）拆分后造成杭富線牽引所2 面直流饋線柜閑置。

4 結(jié)語

本文對三岔線路的多種直流供電方案進(jìn)行了對比和分析，并就杭州6 號線與杭富線換乘站美院象山站分段絕緣器的拉弧問題進(jìn)行了直流供電方案的改進(jìn)。經(jīng)分析可知，改進(jìn)方案基本解決了美院象山站分段絕緣器的拉弧問題，且該改造方案不需在軌行區(qū)施工，滿足了現(xiàn)場要求。