城市軌道交通架空剛性接觸網匯流排載流能力

2012-09-21 11:26:00張宏武張烈忠王展翔

電氣化鐵道 2012年6期

張宏武，張烈忠，王展翔

0 引言

在城市軌道交通的架空剛性接觸網中，列車通過匯流排的載流從牽引供電站取得運行所需電能。匯流排需具備的載流能力應根據列車運作所需的電量來確定。導體的載流能力，一般均以某一定值的連續性電流予以定額，在該連續性額定電流值下，導體發熱的最高穩定溫度應不超出導體材料允許的最高工作溫度。

在城市軌道交通系統中，列車負載電流的數值變動較大，波形并非恒定和連續不變。因此，引用連續性定值電流的概念，對匯流排應具備的載流能力予以定額和試驗驗證，并不切合實際。如何結合城市軌道交通列車運行的實際，作出相適應的規范，是值得進一步分析和關注的問題。

1 城市軌道交通列車負載電流

圖1是城市軌道交通系統中，列車在兩地鐵站間隔間行走時取流與運行速度的典型實測波形。列車最高時速為110 km，取流最高峰值約為2 700 A。

圖1 地鐵列車行走時取流及運行速度波形圖

圖1顯示，列車的取流可劃分為3個區段，分別與圖中加速區段A，穩速區段B，隋行減速區段C等階段相對應。

區段 A的電流主要用于列車的加速，此時列車處于能量需求最大階段，所以取流的持續時間與波幅相對都較大。

區段 B的電流主要用于克服列車運行中的阻力，使列車維持己達到的車速，列車需求的電能大為減小，電流顯著地變為間歇、分散和短暫脈沖的波形。

區段 C為惰行減速區，列車基本上無驅動能量輸入的需求。相反地，積累能量過多時，還可能出現制動電流反饋的現象。該階段列車取流的數值，從匯流排的發熱效應看，已可等零視之。

為便于分析，列車主要取流區（A），（B）的電流波形，按等效發熱及從嚴處理的置換原則，可集中地由圖 1中虛線方塊面積的電流波形予以替代，并通式化地表達為

按圖1，式（1）的I為列車在區間內平均受流值（相當于虛線的方塊面積的電流幅值1 500 A），Y取0.5，t為列車在區間行走的總時間150 s。

2 匯流排承載電流

一般僅當列車在滑過的匯流排路段內才會出現載流。在隋行區，尚無越區供電，匯流排載流的數值一般很小。可見，匯流排在間隔內不同地段的載流值不盡相同，一般以加速區內最大。

匯流排承載電流的波形除與列車的取流密切相關外，還與下述因素密切關聯：牽引供電站設置的密度，列車班次的密度（列車相距時間），車站間的距離（間隔行車時間），列車運行的速度，列車編組，行車操控的方式（手控抑自動程式操控），雙邊抑單邊供電等。在不同的因素組合下，匯流排承載電流的大小及波形有著不同的反應。

牽引供電站一般相隔2～3個車站設置1個。間隔行車時間多在1～3 min。列車班次密度（列車相距時間）與運行的高、低峰期有關，一般多在3 min或以上，行車相距時間取決于系統信號能力的水平及安全因素，最短約為2 min。列車最大運行時速多在80 km以下，個別在110～120 km。在正常運行狀態下，列車均由雙邊供電，單邊越區供電一般屬于系統故障時的一種暫態運行方式。

以下對匯流排承載電流的波形試圖作一分析，并以下述設定為基礎：間隔內的行車時間為2 min，列車相距時間為 2～4 min，列車最大時速為110 km。

圖2—圖5顯示了在不同供電設置和列車運行條件下，兩站間匯流排的載流波形和平均值，載流波形均按第1.2節中列車受流的典型模式表達，其中I為列車在間隔內的平均受流（列車最大時速為110 km時，數值為1 500 A）。在圖2所示的列車運行條件下，匯流排載流的幅值等于列車取流值的50%。

圖2 雙邊供電，間隔行車時間2 min，

在圖3所示的供電和列車運作條件下，匯流排載流的幅值基本上與列車的取流值相同。

圖3 雙邊供電，間隔行車時間2 min，

在圖4所示的供電和列車運作條件下，匯流排載流幅值等于列車取流值的1.5倍。

圖5相當于系統出現故障單邊供電的情況，匯流排承載的電流基本上等于列車負載電流值的 2倍。載流波形示于圖下方。

綜觀圖2—圖5的電流波形，匯流排出現最大載流幅值的條件是：“間隔行車時間=列車相距時間”。此時匯流排載流的波形如圖 4、圖 5下方所示，為一間歇性循環負載的特性曲線：“在50%的區間行車時間內為一定值載流；而其余50%的區間行車時間內為空載運行”。圖3所示的載荷電流雖為連續性定值負載波形，但匯流排的載流還未達最大波幅值。