接線方案在城市軌道交通工程的應(yīng)用

1、接線方案在城市軌道交通工程的應(yīng)用摘要：介紹了城市軌道交通供電系統(tǒng)牽引變電所設(shè)置原則，結(jié)合 牽引變電所設(shè)置原則和個(gè)別線路末端牽引變電所故障退出時(shí)存在的 問題，提出了一種新的變電所主變接線方案及相應(yīng)的保護(hù)配置方案。關(guān)鍵詞：牽引變電所；主接線；故障；保護(hù)配置目前國內(nèi)軌道交通牽引供電系統(tǒng)大多采用DC750和DC1500V兩 種電壓等級(jí)，供電方式分為接觸軌和接觸網(wǎng)兩種。無論哪種供電方式, 供電系統(tǒng)均需根據(jù)線路、車輛和運(yùn)營組織等在線路上設(shè)置多座牽引變 電所，將交流電源（AC35kV、AC20kV或AClOkV）降壓整流后轉(zhuǎn) 換為24脈波直流電供車輛使用。正線直流牽引供電系統(tǒng)全線連通， 相鄰的牽引變電所間可

2、以實(shí)現(xiàn)正常雙邊供電及''大雙邊”供電，保證 了直流供電系統(tǒng)的可靠性。1城軌牽引變電所設(shè)置原則及存在問題城市軌道交通牽引變電所的設(shè)置原則：（1）牽引變電所的分布應(yīng) 滿足在遠(yuǎn)期高峰小時(shí)行車交路下，任一座牽引變電所故障解列并由相 鄰牽引變電所支援供電時(shí),牽引網(wǎng)最低電壓水平不低于1000Vl°（2） 牽引變電所的分布應(yīng)結(jié)合牽引負(fù)荷的分布進(jìn)行設(shè)置，鋼軌電位滿足 GB5O157、GB50490. GB/T28026.1 以及 IEC62128.1 規(guī)范要求。（3） 在滿足以上2條原則的前提下，應(yīng)盡量考慮以下因素：a.正線正常運(yùn) 行時(shí)采用雙邊供電，因此線路兩端車站應(yīng)設(shè)置牽引變電所。

3、b.在滿足 牽引網(wǎng)電壓和鋼軌電位要求的情況下，牽引變電所應(yīng)設(shè)置在車站，以 方便運(yùn)營管理。C.場(chǎng)段正線接入站應(yīng)盡量設(shè)置牽引變電所，以提高當(dāng) 場(chǎng)段牽引所故障退出時(shí)正線對(duì)場(chǎng)段支援供電工況下的供電質(zhì)量。d.牽 引變電所的分布應(yīng)考慮在不影響供電質(zhì)量的前提下盡量在規(guī)模較大 的、有配線的車站設(shè)置牽引變電所；對(duì)于地下區(qū)段區(qū)間牽引所，盡量 選取在區(qū)間風(fēng)井處設(shè)置，以減少因設(shè)置牽引變電所而增加的土建投資。 e.牽引所布點(diǎn)應(yīng)兼顧考慮朵散電流防護(hù)。結(jié)合上述供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和 牽引變電所設(shè)置原則，線路末端車站均設(shè)置牽引變電所，若末端站后 無車輛段或停車場(chǎng)，當(dāng)末端站牽引變電所故障退出運(yùn)行，需要相鄰的 牽引變電所“單邊”供電至

4、線路末端，此時(shí)牽引網(wǎng)電壓和鋼軌電位仍 需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但個(gè)別線路在末端牽引變電所設(shè)置時(shí)會(huì)存在如下 困擾：以圖1所示的線路為例，在建線路末端區(qū)間的間距較大且后期 有延伸線路，經(jīng)仿真模擬計(jì)算，末端3個(gè)站均需設(shè)置牽引變電所，能 保證正常雙邊供電和車站2牽引變電所故障退岀運(yùn)行時(shí)由車站1和車 站3牽引變電所“大雙邊”供電時(shí)的電能質(zhì)量要求。當(dāng)車站3牽引變 電所故障時(shí)，車站2牽引變電所需單邊供電至線路末端，經(jīng)仿真模擬 計(jì)算，此時(shí)牽引網(wǎng)電壓滿足不低于最低電壓1000V的標(biāo)準(zhǔn)要求，但 鋼軌電位高達(dá)180200V,供電質(zhì)量不能滿足要求。若末端區(qū)間增加 區(qū)間牽引所，可以解決供電質(zhì)量問題，但增加牽引變電所會(huì)帶來土建

5、 及設(shè)備投資增加，對(duì)于與區(qū)間風(fēng)井合建的地下變電所增加的土建和設(shè) 備投資約600700萬元,對(duì)于地面變電所增加投資約500600萬元， 同時(shí)地而變電所建設(shè)還可能涉及規(guī)劃、征地等接口問題。當(dāng)線路后期 延伸后區(qū)間牽引變電所的功能弱化，若延伸線路的車站4設(shè)置牽引變 電所，車站3牽引變電所故障退出運(yùn)行，車站2牽引變電所和車站4 牽引變電所“大雙邊”供電可以滿足供電質(zhì)量需求，此時(shí)區(qū)間牽引變 電所又可以取消。此種線路末端牽引變電所的設(shè)置方案給設(shè)計(jì)帶來了 困擾。2變電所主接線新方案目前城市軌道交通牽引變電所一般主接線方式如圖2所示，該接 線方式下，全所設(shè)置3套框架泄漏保護(hù)，由于所有直流斷路器采用1 套框架泄漏

6、保護(hù)，當(dāng)該框架泄漏保護(hù)動(dòng)作后，木所直流進(jìn)線和饋線斷 路器斷開，末端牽引變電所直流系統(tǒng)追出運(yùn)行，此時(shí)只能采取單邊供 電方式。結(jié)合牽引變電所設(shè)置原則和上述示例線路末端牽引變電所整 流機(jī)組故障退出時(shí)存在的問題，提出一種新的變電所主接線方案及相 應(yīng)的保護(hù)配置方案。上述線路中牽引變電所設(shè)置方案存在的困擾主要 是末端牽引變電所整流機(jī)組故障退出運(yùn)行時(shí)，相鄰牽引變電所單邊供 電至線路末端的供電質(zhì)量不滿足要求，若能夠改變末端牽引變電所的 主接線方式，達(dá)到在整流機(jī)組退出情況下仍可以提供直流電源的目的, 就能夠在不增加區(qū)間牽引變電所的情況下滿足供電質(zhì)量要求。因此， 在末端牽引變電所增加1套整流機(jī)組或利用雙向變流裝置

7、（若設(shè)計(jì)方 案中己存在該裝置）整流功能作為第3套整流機(jī)組使用，并對(duì)直流主 接線方式進(jìn)行調(diào)整，具體主接線方式（以下簡(jiǎn)稱新主接線方式）如圖 3所示。相對(duì)于一般主接線方式，新主接線方式增加2臺(tái)直流母聯(lián)斷 路器，故障情況下將直流正母線分為2段，同時(shí)新增了3套框架泄漏 保護(hù)裝置。在該接線方式下，所有直流斷路器及電動(dòng)隔離開關(guān)均處于 閉合狀態(tài)。3新變電所主接線的運(yùn)行方式分析對(duì)采用新主接線方式后對(duì)末端牽引變電所的運(yùn)行方式進(jìn)行分析。 3.1正常運(yùn)行方式分析。2套整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行共同構(gòu)成24脈波整流, 所有直流斷路器及電動(dòng)隔離開關(guān)均處于閉合狀態(tài)。雙向變流裝置具有 雙向變流功能，在車輛取流時(shí)，其作為整流裝置向車輛提

8、供直流電, 當(dāng)需要吸收車輛多余的再生制動(dòng)能量時(shí)，其作為逆變裝置將再生制動(dòng) 能量反饋回35kV環(huán)網(wǎng)。3.2故障運(yùn)行方式分析。當(dāng)1套整流機(jī)組故 障退出運(yùn)行，斷開故障整流機(jī)組對(duì)應(yīng)的交流40.5kV斷路器及直流進(jìn) 線斷路器，由另1套整流機(jī)組和雙向變流裝置向牽引網(wǎng)供電。當(dāng)2套 整流機(jī)組同時(shí)故障退出運(yùn)行，斷開整流機(jī)組對(duì)應(yīng)的交流40.5kV斷路 器及直流進(jìn)線斷路器，由雙向變流裝置向牽引網(wǎng)供電。當(dāng)雙向變流裝 置故障退出運(yùn)行，斷開其對(duì)應(yīng)的交流40.5kV斷路器及直流進(jìn)饋線斷 路器，由2套整流機(jī)組向牽引網(wǎng)供電。當(dāng)直流I段母線故障，斷開該 段的直流進(jìn)線和饋線斷路器，同時(shí)斷開2臺(tái)直流母聯(lián)斷路器，由直流 II段母線對(duì)應(yīng)

9、的單整流機(jī)組及II段母線上的開關(guān)向牽引網(wǎng)供電。當(dāng)直 流II段母線故障，斷開該段的直流進(jìn)線和饋線斷路器，同時(shí)斷開2臺(tái) 直流母聯(lián)斷路器，由直流I段母線對(duì)應(yīng)的單整流機(jī)組、雙向變流裝置 及I段母線上的開關(guān)向牽引網(wǎng)供電。上述運(yùn)行方式最大限度地保證了 牽引變電所直流電源不退出，減少了單邊供電的幾率，保證了供電質(zhì) 量，提高了供電可靠性。4新變電所主接線的保護(hù)配置為實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)行方式，需要為新主接線設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)配置方案, 具體如下：所有進(jìn)線及饋線短路的保護(hù)配置與一般主接線方式的保護(hù) 配置一致。新增的2臺(tái)直流母聯(lián)斷路器只需設(shè)置大電流脫扣保護(hù)（木 體）及電流速斷保護(hù)，電流速斷保護(hù)需考慮其與進(jìn)線斷路器及饋線斷 路器

10、的保護(hù)級(jí)差配合，避免越級(jí)跳閘。為降低直流設(shè)備框架泄漏保護(hù) 動(dòng)作導(dǎo)致全所退出，全所配置6套框架泄漏保護(hù)裝置，如圖3方框標(biāo) 注所示，具體為：1號(hào)整流器、2號(hào)整流器、直流I段母線、直流II 段母線、負(fù)極柜及雙向變流裝置各1套，上述6組直流設(shè)備均獨(dú)立絕 緣安裝。5新主接線方案的適用線路綜上分析，對(duì)于后期有延伸的線路，設(shè)置區(qū)間牽引變電所，在延 伸線路實(shí)施前能夠滿足供電質(zhì)量要求，在延伸線路實(shí)施后區(qū)間牽引變 電所又可取消，該情況下末端牽引變電所適宜采用新主接線方案，可 以取消區(qū)間牽引變電所，在延伸線路實(shí)施前減小了單邊供電的幾率， 保證了供電可靠性，同時(shí)節(jié)省了投資。對(duì)于后期沒有延伸的線路，若 單邊供電供電質(zhì)量不能滿足要求，建議仍采用末端區(qū)間增加區(qū)間牽引 變電所的方案。6結(jié)語本文對(duì)城市軌道交通牽引變電所設(shè)置原則進(jìn)行了詳細(xì)分析，針對(duì) 分期建設(shè)線路先期實(shí)施工程末端存在的牽引變電所設(shè)置方案問題，提 出了末