接線(xiàn)方案在城市軌道交通工程的應(yīng)用

1、接線(xiàn)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(xiàn)路末端牽引變電所故障退出時(shí)存在的 問(wèn)題，提出了一種新的變電所主變接線(xiàn)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(xiàn)；故障；保護(hù)配置目前國(guó)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(wú)論哪種供電方式, 供電系統(tǒng)均需根據(jù)線(xiàn)路、車(chē)輛和運(yùn)營(yíng)組織等在線(xiàn)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(chē)輛使用。正線(xiàn)直流牽引供電系統(tǒng)全線(xiàn)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(wèn)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(mǎn)足在遠(yuǎn)期高峰小時(shí)行車(chē)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(mǎn)足 GB5O157、GB50490. GB/T28026.1 以及 IEC62128.1 規(guī)范要求。（3） 在滿(mǎn)足以上2條原則的前提下，應(yīng)盡量考慮以下因素：a.正線(xiàn)正常運(yùn) 行時(shí)采用雙邊供電，因此線(xiàn)路兩端車(chē)站應(yīng)設(shè)置牽引變電所。

3、b.在滿(mǎn)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(chē)站，以 方便運(yùn)營(yíng)管理。C.場(chǎng)段正線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的車(chē)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(xiàn)路末端車(chē)站均設(shè)置牽引變電所，若末端站后 無(wú)車(chē)輛段或停車(chē)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(xiàn)路末端，此時(shí)牽引網(wǎng)電壓和鋼軌電位仍 需要滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。但個(gè)別線(xiàn)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(xiàn)路為例，在建線(xiàn)路末端區(qū)間的間距較大且后期 有延伸線(xiàn)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(chē)站2牽引變電所故障退岀運(yùn)行時(shí)由車(chē)站1和車(chē) 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(chē)站3牽引變 電所故障時(shí)，車(chē)站2牽引變電所需單邊供電至線(xiàn)路末端，經(jīng)仿真模擬 計(jì)算，此時(shí)牽引網(wǎng)電壓滿(mǎn)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(mǎn)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(wèn)題，但增加牽引變電所會(huì)帶來(lái)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(wàn)元,對(duì)于地面變電所增加投資約500600萬(wàn)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(wèn)題。當(dāng)線(xiàn)路后期 延伸后區(qū)間牽引變電所的功能弱化，若延伸線(xiàn)路的車(chē)站4設(shè)置牽引變 電所，車(chē)站3牽引變電所故障退出運(yùn)行，車(chē)站2牽引變電所和車(chē)站4 牽引變電所“大雙邊”供電可以滿(mǎn)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(xiàn)路末端牽引變電所的設(shè)置方案給設(shè)計(jì)帶來(lái)了 困擾。2變電所主接線(xiàn)新方案目前城市軌道交通牽引變電所一般主接線(xiàn)方式如圖2所示，該接 線(xiàn)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(xiàn)和饋線(xiàn)斷 路器斷開(kāi)，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(xiàn)路末端牽引變電所整 流機(jī)組故障退出時(shí)存在的問(wèn)題，提出一種新的變電所主接線(xiàn)方案及相 應(yīng)的保護(hù)配置方案。上述線(xiàn)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(xiàn)路末端的供電質(zhì)量不滿(mǎn)足要求，若能夠改變末端牽引變電所的 主接線(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)方式進(jìn)行調(diào)整，具體主接線(xiàn)方式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新主接線(xiàn)方式）如圖 3所示。相對(duì)于一般主接線(xiàn)方式，新主接線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)方式下，所有直流斷路器及電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)均處于 閉合狀態(tài)。3新變電所主接線(xiàn)的運(yùn)行方式分析對(duì)采用新主接線(xiàn)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(kāi)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(chē)輛取流時(shí)，其作為整流裝置向車(chē)輛提

8、供直流電, 當(dāng)需要吸收車(chē)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(kāi)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(xiàn)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(kāi)整流機(jī)組對(duì)應(yīng)的交流40.5kV斷路 器及直流進(jìn)線(xiàn)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(kāi)其對(duì)應(yīng)的交流40.5kV斷路器及直流進(jìn)饋線(xiàn)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(xiàn)故障，斷開(kāi)該 段的直流進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)斷路器，同時(shí)斷開(kāi)2臺(tái)直流母聯(lián)斷路器，由直流 II段母線(xiàn)對(duì)應(yīng)

9、的單整流機(jī)組及II段母線(xiàn)上的開(kāi)關(guān)向牽引網(wǎng)供電。當(dāng)直 流II段母線(xiàn)故障，斷開(kāi)該段的直流進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)斷路器，同時(shí)斷開(kāi)2臺(tái) 直流母聯(lián)斷路器，由直流I段母線(xiàn)對(duì)應(yīng)的單整流機(jī)組、雙向變流裝置 及I段母線(xiàn)上的開(kāi)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(xiàn)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(xiàn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)配置方案, 具體如下：所有進(jìn)線(xiàn)及饋線(xiàn)短路的保護(hù)配置與一般主接線(xiàn)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(xiàn)斷路器及饋線(xiàn)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(xiàn)、直流II 段母線(xiàn)、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(xiàn)方案的適用線(xiàn)路綜上分析，對(duì)于后期有延伸的線(xiàn)路，設(shè)置區(qū)間牽引變電所，在延 伸線(xiàn)路實(shí)施前能夠滿(mǎn)足供電質(zhì)量要求，在延伸線(xiàn)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(xiàn)方案，可 以取消區(qū)間牽引變電所，在延伸線(xiàn)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(méi)有延伸的線(xiàn)路，若 單邊供電供電質(zhì)量不能滿(mǎn)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(yǔ)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(xiàn)路先期實(shí)施工程末端存在的牽引變電所設(shè)置方案問(wèn)題，提 出了末