嚴(yán)剛剛

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210012）

地鐵列車中中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用淺析

嚴(yán)剛剛

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210012）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)不斷完善，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也不斷完善，城市軌道交通的建設(shè)不斷成熟，為促進(jìn)城市的發(fā)展，為人們的生活提供便利做出了重要貢獻(xiàn)。在地鐵建設(shè)過程中，地鐵列車的供電技術(shù)一直是整個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目中的重要環(huán)節(jié)，相對于傳統(tǒng)的供電方式，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)不斷成熟，為地鐵列車的可靠運(yùn)行提供了保障，對于各類電網(wǎng)故障的應(yīng)對能力也不斷增強(qiáng)，逐漸成為了列車供電的主流技術(shù)。本文對地鐵列車中中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)進(jìn)行了分析。

地鐵列車；中壓并網(wǎng)供電；故障供電

所謂的中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)，實(shí)際上是高壓直流并聯(lián)供電技術(shù)的延伸和發(fā)展，相對于高壓直流并聯(lián)供電技術(shù)，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)除了供電幅值同步外，還要保持相位和頻率同步，實(shí)現(xiàn)難度大大增加，但是，其廣泛應(yīng)用，對于地鐵列車有著重要意義，尤其是在列車發(fā)生故障時(shí)，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于列車負(fù)載的合理分配，實(shí)現(xiàn)對于剩余負(fù)載容量的最大化利用，從而保證乘客安全性和舒適性不受影響。

1　中壓交流并網(wǎng)供電方案分析

1.1西門子列車方案

西門子在列車制造和使用過程中，充分使用了中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)，其中上海軌道交通1#線增擴(kuò)編列車項(xiàng)目就是西門子首次使用該技術(shù)的具體事例。在應(yīng)用過程中，選用單臺容量為73kVA的SIV和一條中壓母線（如圖1所示），創(chuàng)造出最初級的并網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)。在中壓并網(wǎng)的過程中，列車控制系統(tǒng)不需要參與其中，通過SIV的VMD1和VMD2進(jìn)行交互通信，通過向輔助逆變器控制單元進(jìn)行信息反饋，形成并聯(lián)控制[1]。由于西門子公司在設(shè)計(jì)初期對中亞母線短路故障、輔助逆變器無法從中亞母線隔離等故障沒有做出充分考慮，所以，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，就會因?yàn)槿狈Ρ匾谋Ｗo(hù)措施而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，所有逆變器也會因?yàn)檫^流或者整體中壓母線三相電壓受到干擾而不能正常輸出，這一設(shè)計(jì)上的先天缺陷難以通過簡單的途徑來進(jìn)行改進(jìn)，所以必須在后續(xù)的項(xiàng)目建設(shè)中對整套中壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，才能有效防止故障發(fā)生。

圖1　西門子列車中壓交流并聯(lián)供電結(jié)構(gòu)圖

1.2阿爾斯通列車方案

在上海軌道交通2#線的東延伸項(xiàng)目中，阿爾斯通將中壓交流并聯(lián)技術(shù)應(yīng)用到了其中。為了增強(qiáng)系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的運(yùn)行效果，在設(shè)計(jì)之初，就增強(qiáng)了系統(tǒng)的保護(hù)措施，并將中壓母線接觸器引入其中。通過在中壓母線上安裝兩個(gè)由TCMS控制的接觸器，當(dāng)中壓母線出現(xiàn)短路等故障時(shí)，中壓母線接觸器就會被分?jǐn)?，從而使故障段的中壓母線與正常段的中壓母線相分離，并使得SIV向母線輸送三相電壓在故障段得到禁止，而其他的區(qū)域能夠維持正常供電，確保地鐵列車的自身運(yùn)行動力條件得到滿足[2]，其具體的供電形式如圖2所示。

圖2　阿爾斯通列車中壓交流并聯(lián)供電結(jié)構(gòu)圖

1.3龐貝迪列車方案

在上海軌道交通12#線的建設(shè)過程中，龐貝迪借鑒西門子和阿爾斯通的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過程中采用了雙中壓母線和4套中壓母線接觸器的方案，使系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的供電冗余能力更強(qiáng)，對于維持地鐵列車穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。在設(shè)計(jì)過程中，龐貝迪所選用的中壓母線接觸器由TCMS控制，將兩條中壓母線分成獨(dú)立的4部分，如果其中任何一段發(fā)生短路故障，其他的部分仍然可以維持一半的中壓負(fù)載，從而保證工作模式正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最大化地利用負(fù)載保證列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2　中壓交流并網(wǎng)供電與傳統(tǒng)供電模式的比較

與傳統(tǒng)的供電模式相比，中壓交流并網(wǎng)供電模式在列車供電故障狀態(tài)下的運(yùn)行能力與負(fù)載分配有著強(qiáng)大的優(yōu)越性。一直以來，交叉供電網(wǎng)絡(luò)是列車中壓供電系統(tǒng)中普遍采用的供電模式，一般由兩臺或以上的SIV和兩條中壓母線組成，中壓母線的負(fù)載供電完全依靠于SIV。從連接和控制方面來看，不需要TCMS的配合，獨(dú)立性強(qiáng)，但是當(dāng)SIV故障時(shí)，列車的可靠運(yùn)行難以得到保障。也就是說，中壓交流并網(wǎng)供電的優(yōu)勢在于當(dāng)SIV故障時(shí)，可以起動列車控制系統(tǒng)中的預(yù)設(shè)模式，對供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，減少故障對于列車正常運(yùn)行的影響。除此之外，在故障降級模式下，系統(tǒng)能否發(fā)揮優(yōu)勢，充分發(fā)揮系統(tǒng)間的互補(bǔ)和協(xié)調(diào)作用，則是判斷中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)成熟與否的標(biāo)志。

3　結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，地鐵列車的可靠性和安全性得到了有效保證。通過實(shí)踐證明，中壓交流并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)供電技術(shù)與傳統(tǒng)的中壓交叉供電模式有著強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢。隨著控制軟件和控制邏輯的進(jìn)一步發(fā)展，中壓交流并網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用和推廣成為可能，為促進(jìn)城市地鐵列車的安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定了重要的基礎(chǔ)。

U231.8

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1673-0038（2015）18-0194-02

2015-4-12