新一代地面自動(dòng)過(guò)分相在市域鐵路工程的應(yīng)用探討

沈 菊，李漢卿

0 引言

市域鐵路是緊密聯(lián)系中心城市、輻射轄區(qū)的短途城際客運(yùn)鐵路，用于滿(mǎn)足乘客日常通勤、通學(xué)、休閑、娛樂(lè)等需要，近年來(lái)在我國(guó)軌道交通線路中的比重越來(lái)越高。

市域鐵路一般采用高架橋或地面線路形式，較城市軌道交通站間距大。成熟的25 kV交流供電制式是市域鐵路主要供電方式之一，目前已開(kāi)通的及在建的市域鐵路多采用該供電制式。

傳統(tǒng)的交流25 kV供電制式在接觸網(wǎng)布置上存在電分相即中性無(wú)電區(qū)，列車(chē)通過(guò)接觸網(wǎng)中性無(wú)電區(qū)時(shí)，易出現(xiàn)速度損失、帶電闖分相引起弓網(wǎng)拉弧使設(shè)備受損以及過(guò)電壓等問(wèn)題。目前，解決上述問(wèn)題有多種方案和措施，如同相供電技術(shù)等，但在方案實(shí)施和產(chǎn)品成熟度、可靠性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面存在一定的局限性。本文提出一種地面電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)過(guò)分相裝置，結(jié)合市域鐵路特點(diǎn)和需求，分析探討其工作原理和工程應(yīng)用實(shí)施方案。

1 新一代地面自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)主要功能

基于電力電子功率單元的新一代地面電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)過(guò)分相，通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)切換控制，實(shí)現(xiàn)列車(chē)不降速、平滑無(wú)感知地通過(guò)中性無(wú)電區(qū)。主要功能如下：

（1）可有效解決列車(chē)在通過(guò)接觸網(wǎng)中性無(wú)電區(qū)時(shí)的速度損失問(wèn)題，列車(chē)過(guò)分相時(shí)行車(chē)速度基本無(wú)損失，且電子開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度快，能夠大大縮短掉電時(shí)間，顯著縮短列車(chē)過(guò)分相時(shí)間，增強(qiáng)了區(qū)間通過(guò)能力，可有效提升運(yùn)能。

（2）可有效避免列車(chē)帶電闖分相引起弓網(wǎng)拉弧可能造成的弓網(wǎng)設(shè)備燒損事故，提高弓網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和使用壽命，減少列車(chē)帶電通過(guò)中性無(wú)電區(qū)時(shí)過(guò)電壓沖擊問(wèn)題。

（3）可有效解決列車(chē)通過(guò)長(zhǎng)大坡道時(shí)過(guò)分相難題，提高線路運(yùn)輸能力和效率。

2 系統(tǒng)工作原理

新一代地面電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)主要包括地面列車(chē)位置檢測(cè)裝置（J1、J2、J3、J4）、電力電子功率單元（KS1、KS2）、電流互感器（CT1～CT3）、電壓互感器（VT1～VT3）及與接觸網(wǎng)連接的開(kāi)關(guān)（K1～K3）等，其原理示意如圖1所示。

圖1 新一代地面自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)原理示意圖

（1）當(dāng)列車(chē)由左向右行駛時(shí)，左側(cè)供電臂的相位為α相，中間為中性無(wú)電區(qū)，右側(cè)供電臂的相位為β相。列車(chē)運(yùn)行至J1位置時(shí)，地面軌道處的計(jì)軸裝置J1發(fā)出列車(chē)位置檢測(cè)信號(hào)至相關(guān)控制單元，并通過(guò)VT1判斷有壓、VT3無(wú)壓時(shí)，控制單元發(fā)出控制觸發(fā)信號(hào)使KS1導(dǎo)通，此時(shí)中性無(wú)電區(qū)帶電，與左側(cè)供電臂的接觸網(wǎng)電壓和相位一致。

（2）當(dāng)列車(chē)?yán)^續(xù)由左向右行駛，到達(dá)J2位置時(shí)，地面計(jì)軸裝置J2發(fā)出信號(hào)至控制單元，控制單元發(fā)出控制信號(hào)使KS1關(guān)斷。

（3）當(dāng)列車(chē)到達(dá)J3位置時(shí)，地面計(jì)軸裝置J3發(fā)出控制信號(hào)至控制單元，控制單元同時(shí)檢測(cè)CT1電流為零、VT2有壓、VT3無(wú)壓，發(fā)出控制信號(hào)使KS2導(dǎo)通，此時(shí)中性無(wú)電區(qū)帶電，與右側(cè)供電臂的接觸網(wǎng)電壓和相位一致。

（4）當(dāng)列車(chē)到達(dá)J4位置時(shí)，地面計(jì)軸裝置J4發(fā)出信號(hào)至控制單元，控制單元發(fā)出控制信號(hào)使KS2關(guān)斷。

3 工程應(yīng)用實(shí)施方案

3.1 工程應(yīng)用接入方案

在市域鐵路工程接觸網(wǎng)電分相處設(shè)置自動(dòng)過(guò)分相裝置，工程實(shí)施接入方案如圖2所示。

圖2 工程實(shí)施接入方案

自動(dòng)過(guò)分相裝置設(shè)置兩組電力電子功率單元，均采用大功率晶閘管級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成27.5 kV功率單元設(shè)備。一組電力電子功率單元通過(guò)27.5 kV電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、斷路器與接觸網(wǎng)的α相和中性無(wú)電區(qū)連接，另一組電力電子功率單元通過(guò)27.5 kV電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、斷路器與接觸網(wǎng)的β相和中性無(wú)電區(qū)連接。每臺(tái)斷路器外側(cè)設(shè)置電壓互感器和電流互感器，用于電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)。

正常運(yùn)行時(shí)，各回路隔離開(kāi)關(guān)和斷路器合閘，通過(guò)地面軌道處設(shè)置的計(jì)軸裝置發(fā)出列車(chē)位置檢測(cè)信號(hào)至相關(guān)控制單元，控制電力電子功率單元導(dǎo)通或關(guān)斷。

3.2 設(shè)備平面布置方案

由于市域鐵路處于中心城市及其周邊范圍，工程用地緊張。自動(dòng)過(guò)分相裝置的設(shè)備布置應(yīng)盡量緊湊、占地小，設(shè)備平面布置與周?chē)h(huán)境協(xié)調(diào)，滿(mǎn)足地方規(guī)劃、環(huán)保等要求。

地面自動(dòng)過(guò)分相裝置采用室內(nèi)布置方式，可以與變電所或分區(qū)所合建，也可在軌旁單獨(dú)設(shè)置。

3.3 保護(hù)配置方案

自動(dòng)過(guò)分相裝置設(shè)置過(guò)壓、失壓、過(guò)流等本體保護(hù)，用于裝置內(nèi)部和相關(guān)外部故障保護(hù)。

DL1、DL2、DL3處饋線均配置過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)，并作為裝置的后備保護(hù)。

饋線保護(hù)與裝置本體保護(hù)進(jìn)行接口控制配合，需要時(shí)可聯(lián)跳相關(guān)饋線側(cè)開(kāi)關(guān)。

3.4 主要技術(shù)參數(shù)

新一代地面自動(dòng)過(guò)分相裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

基于電力電子功率單元的新一代地面自動(dòng)過(guò)分相系統(tǒng)具有可靠性高、響應(yīng)速度快、斷電時(shí)間短、無(wú)暫態(tài)過(guò)程、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，可有效解決列車(chē)通過(guò)接觸網(wǎng)電分相時(shí)產(chǎn)生的各種問(wèn)題。新一代地面電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)過(guò)分相裝置工程應(yīng)用實(shí)施方案簡(jiǎn)單、靈活，可靠性好、安全性高、可利用性強(qiáng)、可維護(hù)性高，不失為一個(gè)有效解決列車(chē)過(guò)分相問(wèn)題的方案，具有一定的工程應(yīng)用推廣價(jià)值。