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 條支路為遠期延伸線路，在遠期將與另外2 條支路拆分并進行延伸，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營基礎(chǔ)上考慮遠期拆分時的改造工作，并盡可能地減少遠期拆分時的工程量。

1 三岔線路的行車方式

三岔線路在實際線網(wǎng)中主要有兩種行車方式：第一種是遠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，遠期拆分支路和另外2 條支路可認為是2 條不同線路，三岔處的車站可認為是2 條線路的換乘站，遠期拆分支路和另2 條支路的連接線可認為是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，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)牽引所和僅在遠期拆分線路設(shè)置牽引所為常規(guī)方案，本文不再進行討論。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，分別接入遠期拆分支路和另外2 條支路。該方案優(yōu)點：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：拆分后，該牽引所僅可為未拆分的兩支路供電，遠期線路若在該站設(shè)置牽引所需進行改造，造價成本較高；拆分后，遠期線路不在本站設(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)等需進行拆除，拆分支路在延伸工程實施時需停止運營。

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，三支路交點處的供電分區(qū)由3 座牽引所進行三邊供電。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 座牽引所需進行三邊聯(lián)跳，聯(lián)跳方案較為復(fù)雜，容易對運營造成困擾。當(dāng)后期進行拆分時，該方案下，需對3 座牽引所的聯(lián)跳回路進行修改，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)缺點與方案1相同。

（4）方案4：車站設(shè)置1 座牽引所僅為遠期拆分線路供電，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，故不再贅述。

3 現(xiàn)場實例及方案改進

3.1 現(xiàn)場實例

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)計中，6 號線和杭富線分別運營，并在美院象山站進行同臺換乘，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營，且在遠期將對6 號線雙浦站—美院象山站段進行拆分延伸。因此，對其供電方案進行更改，如圖10 所示。

圖10 美院象山站貫通運營供電方案

由于兩線的貫通運營，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。但由于兩線已進入跑圖階段，軌行區(qū)作業(yè)較為困難，且方案2 缺點較為明顯，故需考慮新的供電方案。

3.2 方案改進

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

圖11 美院象山站貫通運營改進后供電方案

該方案具體實施如下：

（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組退出運行。

該方案實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)上作了一些改進以適應(yīng)現(xiàn)場需求。其優(yōu)點與方案5 基本一致，不再贅述。其缺點如下：（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行了直流供電方案的改進。經(jīng)分析可知，改進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。