地鐵牽引供電系統(tǒng)分析

佟曉冬,回嘉冀

(1.沈陽(yáng)電氣傳動(dòng)研究所(有限公司)，遼寧 沈陽(yáng) 110141； 2.沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)公司，遼寧 沈陽(yáng) 110042)

地鐵牽引供電系統(tǒng)分析

佟曉冬1,回嘉冀2

(1.沈陽(yáng)電氣傳動(dòng)研究所(有限公司)，遼寧 沈陽(yáng) 110141； 2.沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)公司，遼寧 沈陽(yáng) 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(yùn)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(diǎn)，與地面工程的其他供電系統(tǒng)或者配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式也有差異，因此在設(shè)計(jì)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(yùn)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(gè)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(diǎn)就是系統(tǒng)的“多電源”和保護(hù)的“多死區(qū)”。所謂多電源，既當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，并非僅雙邊供電兩側(cè)的牽引變電所向短路點(diǎn)供電，而實(shí)際上是全線的牽引變電所皆通過(guò)牽引網(wǎng)向短路點(diǎn)供電。

牽引供電系統(tǒng)根據(jù)需要可以有以下幾種運(yùn)行方式：

(1)牽引變電所正常為雙機(jī)組并列運(yùn)行，以構(gòu)成等效24脈波整流。

(2)一臺(tái)機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)也可以有條件地單機(jī)組運(yùn)行。

(3)系統(tǒng)中允許幾座牽引變電所解列退出運(yùn)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(shí)現(xiàn)雙邊供電，當(dāng)一座牽引變電所故障解列退出運(yùn)行，應(yīng)實(shí)現(xiàn)大雙邊供電。

(5)只有在末端牽引變電所故障解列時(shí)才采用單邊供電，如列車在牽引網(wǎng)末端啟動(dòng)時(shí)電壓降超過(guò)運(yùn)行值，可通過(guò)橫向電動(dòng)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(jī)組都掛在35kV一段母線上，相鄰牽引變電所的整流機(jī)組會(huì)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(jì)

雙邊供電是指任何一個(gè)饋電區(qū)同時(shí)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(jì)和運(yùn)營(yíng)中，均應(yīng)采用雙邊供電方式，因?yàn)殡p邊供電具有明顯的有點(diǎn)。雙邊供電是設(shè)計(jì)必須滿足的條件，也是正常運(yùn)營(yíng)的首選方式，單邊供電不是設(shè)計(jì)的限制條件。即使在一座牽引變電所故障解列時(shí)，也應(yīng)采取技術(shù)措施實(shí)行大雙邊供電，同時(shí)應(yīng)自動(dòng)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(yùn)營(yíng)費(fèi)用，同時(shí)減小列車起動(dòng)時(shí)的電壓損失，降低功率損耗，有利于列車運(yùn)行，并且不影響運(yùn)送旅客的能力，這對(duì)運(yùn)營(yíng)是非常有利的。雙邊供電示意圖1所示，走行軌對(duì)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(duì)地電位分布示意圖

雙邊供電比單邊供電曲優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行時(shí)的平均電壓損失，它對(duì)輔助電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)有意義。平均電壓損失有兩個(gè)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(yùn)行時(shí)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(gè)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(dòng)時(shí)最大電壓損失，雙邊供電是單邊供電的1/4，滿足列車起動(dòng)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(dòng)時(shí)最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的終點(diǎn)，雙邊供電列車起動(dòng)時(shí)最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的中點(diǎn)。

(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(shí)，列車的再生能量可以被同行列車吸收，當(dāng)車流密度高時(shí)再生能量更易被同行列車?yán)?；而單邊供電時(shí)，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(fù)極回流，隨著列車的運(yùn)行，絕大部分回流電流沿著走行軌流回牽引變電所，同時(shí)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(gè)主要因素起作用：

①走行軌對(duì)地電位的高低。

②走行軌對(duì)地過(guò)渡電阻的大小。

當(dāng)然，走行軌對(duì)地電位越低、走行軌對(duì)地的過(guò)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(shí)，也在隨列車的移動(dòng)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(wú)論是正常運(yùn)行方式還是事故狀態(tài)(一座牽引變電所解列)時(shí)都應(yīng)采用雙邊供電。走行軌對(duì)地電位雙邊供電是單邊供電時(shí)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(shí)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(diǎn)，系統(tǒng)中任何一座牽引變電所故障解列時(shí)，也應(yīng)采取技術(shù)措施，實(shí)行大雙邊供電。實(shí)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(jī)組退出運(yùn)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(wú)損且能正常運(yùn)行。

(2)利用縱向電動(dòng)隔離開關(guān)構(gòu)成大雙邊供電，當(dāng)牽引變電所故障解列時(shí)，利用電分段處的縱向電動(dòng)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(yùn)行，牽引網(wǎng)運(yùn)行不受故障牽引變電所的影響。

縱向電動(dòng)隔離開關(guān)的用途有兩個(gè)：

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(yùn)行

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

(1)牽引負(fù)荷不能大于單機(jī)組允許的過(guò)負(fù)荷能力。

(2)單機(jī)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(dāng)系統(tǒng)中任何相隔兩座的牽引變電所故障解列時(shí)，靠其相鄰牽引變電所的過(guò)負(fù)荷能力，應(yīng)仍能保證列車的正常運(yùn)行，不影響運(yùn)送旅客的能力。故障或退出運(yùn)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