城市轨道交通工程直流牵引供电系统运行方式分析_董晓冬.docx

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1、城市轨道交通工程直流牵引供电系统 运行方式分析 董 晓 冬 赵 国 伟 袁 志 宏 摘要：直流牵引供电系统运行方式会影响系统的节能指标、故障自救能力、牵引变电所布点、变电所接线、牵引网系统设计 方案等。针对工程中遇到的问题，本文从节省建设投资、节能等角度提出横联双边运行方式，供业内设计人员参考。 关键词：城市轨道交通直流牵引供电运行方式横联 1分析直流牵引供电系统运行方式的意 义 直流牵引供电系统的运行方式很大程度上会 影响直流牵引供电系统的节能指标、故障自救能 力、牵引变电所的布点、变电所的接线、牵引网系 统的设计方案等。下文将结合长春轻轨三期工程直 流牵引供电系统构成方式、主接线等内容对直

2、流牵 引供电系统横联双边运行方式进行分析。 2直流牵引供电系统构成及主接线 目前城市轨道交通工程中的直流牵引变电所 主接线主要采用单母线系统，典型牵引变电所主接 3常规直流牵引供电系统运行方式 直流牵引供电系统一般采用以下几种运行方 式： (1) 正常双边运行方式 (2) 正常单边运行方式 (3) 非正常大双边运行方式 (4) 非正常单边运行方式 按照地铁设计规范要求，当出现一座牵引 变电所解列情况时，不允许影响列车的正常运行， 因此非正常大双边、非正常单边运行方式会限制整 条线路牵引变电所布点的位置和数量，成为直流牵 引供电系统的一个限制因素。 线示意图如下。 直流牵引供电系统通过沿线路分布

3、的牵引变 电所向牵引网供电，全线直流牵引供电系统示意图 如下。 4横联双边运行方式工程应用 一般城市轨道交通工程采用上节描述的四种 运行方式进行设计，均可满足列车供电需要。但是 在长春轻轨三期工程中，遇到当线路末端牵引变 电 所退出时、非正常单边供电无法满足列车运行的问 题。 轻轨三期工程线路南端卫星路站、富奥站、南 三环站、 102国道站、车场站（终点站）间距分别 为 804米、 867米、 1134米、 1294米，车场站以南 线路末端 308米。 若按照常规运行方式设计，需在车场站、南三 环站设牵引变电所（如图 3所示）。 图 2直流軻供电系统示龍 图 3轻轨三期牵引供电系统示意图 -

4、但是受工程条件限制，卫星路以南至南三环站冈间 沿线均没有条件建设牵引变电所。鉴此条件，该丁 . 程在卫星路站、 102国道站设牵引变电所（如图 4 所示 )。 图 4轻轨三期牵引供电系统示意图二 正常运行方式下通过卫星路站、 102国道站这 两座牵引变电所的供电质量能够满足列车正常运 行需要。当 102国道牵引变电所退出时，由卫星路 向 102国道方向单边供电时无法满足列车牵引 供电 的要求。因此在车场站末端设置上、下行接触网之 间的横向联络开关 DC (如图 5所示）。 第 3节分析了长春轻轨二期工程中直流牵引供 电系统横联双边运行方式，该运行方式应用在了线 路末端牵引变电所，既节省了工程投

5、资，还可以实 现系统的节能运行。 下面将对横联开关设置于正线其余变电所进 行技术分析，仍以长春轻轨三期工程为例进行分析 (如图 6)。 图 6正线牵引变电所横联双边供电示意图 此时在 102国道站牵引变电所退出运行时，相 当于由卫星路的两个馈出开关 （ DF3、 DF4)同时 向 102国道方向的列车供电，采用这种非常规的直 流牵引单边运行方式可以满足列车牵引用电的需 求。 轻轨三期工程中将上述这种非常规单边供电 方式称为：横联双边运行方式，其实际接线形式为 单电源点向用电负荷提供双路并联电源，从本质上 更类似于双边运行方式。采用横联双边运行方式， 在轻轨三期工程中节省变电所设备投资约 800

6、万 元、十建投资约 500万元。 卫星路站、 102国道站变电所的 DF3、 DF4系 统继电保护采用 DC横 联开关的闭合接点作为这两 个开关的联跳触发条件，当 DC横联开关辅助接点 闭合时， DF3、 DF4开关进行双边联跳保护，当辅 助接点打开时，DF3、 DF4开关解除双边联跳保护。 5横联双边运行方式推广应用前景 假设在卫星路、 102国道变电所之间的上、下 行接触 M之间设置横联开关 DC。 正常情况下，该 区间直流牵引供电系统在原 DF3与 DF1或者 DF4 与 DF2双边运行方式的基础上，增加了两个供电 点，成为四个电源点同时向这个区间的上、下行接 触网供电。 首先分析这种运

7、行状态带来的问题： (1) 上、下行接触网相互贯通，扩大事故影 响范围。此问题在第 4节已经进行了分析，对于国 内大部分城市的轨道交通来说，由于横联开关的存 在，单冏接触网退出运行与双向接触网退出运行的 事故影响范围差别不大，在轨道交通运营的可接受 范围内。 (2) 继电保护复杂性增加。上文分析了横联 开关应用在端头牵引变电所时继电保护的实现方 式，当横联开关应用在正线时，由于电源点较端头 变电所增加一倍，继电保护的配合史加复杂。 例如：图 6卫星路站 DF3、 DF4、 102国道站 DF1、DF2四个开关设联跳保护，当四个开关其中 之 出现近端或远 端短路时，均通过四个馈出开关 之间的联跳

8、保护实现故障跳闸。联跳逻辑示意图如 下： 当卫星路变电所退出运行， 102国道变电所与 卫星路左侧的牵引变电所构成大双边运行方式 时， 此时的联跳逻辑与正常运行时卫星路、 102国道变 电所的四个馈出开关联跳逻辑类似。 不同运行方式下列车的运行特性是相同的，但 是由于注入故障点电流的电源点较多，继电保护装 置的电流增量保护定值设置与常规运行方式相比 较小。 综上分析，横联双边运行方式增加了继电保护 的复杂性，对直流牵引供电系统的继电保护会带来 隐患，但是微机型继电保护装置已经大量应用，保 护装置具备实现这种功能的技术手段。 下面分析横联双边运行方式的优点： (1) 采用横联双边运行方式最直观的

9、优点是 将上、下行接触网并联，减小了接触网电阻，从而 增加牵引变电所间距。 在采用刚性接触网送电、走行轨回流的工程 中，单向刚性接触网电阻与回流网电阻基本相同。 假设回流网电阻为 R,常规双边运行方式设计时牵 引网电阻为 2R;采用横联双边运行方式时，牵引网 电阻为 1.5R。 牵引网系统的电阻减少约四分之一， 意味着两座牵引变电所之间的牵引供电距离增加 约四分之一。以线路长度 18.14km的长春地铁 1号 线工程、牵引供电系统制式采用 1500V架空接触网 为例，按照常规设计方式需设 7座牵引变电所，布 点位置如下： 牵引变电所名称 牵变间距 (m) 北环路站 2770 一匡街站 3000

10、 北京大街站 3870 自由大路站 2660 繁荣路站 2450 南环路站 3020 红咀子站 考虑横联双边运行方式时，端头牵引变电所单 边供电距离及牵引变电所双边供电距离均可以加 长，此时可以设 5座牵引变电所满足列车运行的需 要，减少了 2座牵引变电所约 2400万元的设备投 资，牵引变电所布点如下： 牵引变电所名称 牵变间距 (m) 庆丰路站 1450 3170 长春火车南广场站 3460 解放大路站 4220 繁荣路站 4470 中央商务区站 1000 (2) 横联双边运行方式可以节省牵引供电系 统运行能耗。 ； 横联双边运行方式响应了国家大力提倡的节 能、低碳经济大环境，这种运行方式

11、可以减少牵引 供电系统内的牵引网损耗，有利于降低运营成本。 6小结 通过上文的分析，横联双边运行方式增加了直 流牵引供电系统继电保护的复杂性，但从技术角度 讲，可以通过微机型继电保护的逻辑编程来实现， 技术可实施性较强。 长春轻轨三期工程已于 2010年 12月试送电， 直流牵引供电系统经调试后运行状态正常。但是由 于运行时间较短，该工程采用的横联双边运行方式 对实际运营的影响与节能效果需要进一步验证。 限于横联双边运行方式应用实例较少，建议待 今后工程经验较丰富时，再经过具体工程的详细技 术经济比较后确定是否推广应用。现阶段仅供类似 工程设计人员在城市轨道交通工程中遇到长大区 间或者端头牵引

12、变电所选址困难等难题时参考。 参考文献： 1 于松伟、杨兴山、韩连样、张巍等，城市轨道交通供电 系统设计原理与应用，西南交通大学出版社， 2008.6 2 黄德胜、张巍，地下铁道供电，中国电力出版社， 2010.1 Abstract:The operation mode of DC traction power supply system will largely determine DC traction power supply system energy saving index, fault self-help ability, and so on. At the same time,

13、 system operation mode will also affect the traction system of traction substation layout, wiring type of substation, traction network system design scheme. According to the engineering problems, this works described the DC traction power supply system for various operation modes， and raised the cross linked bilateral operation mode from the construction investment saving and energy saving, to offer industry reference design. Keyword: Urban rail transit DC traction power supply Operation modes Cross linked