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        城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

        2017-01-24 07:11:40王宏宇
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年1期
        關(guān)鍵詞:變電所分段直流

        王宏宇

        摘 要:城市軌道交通用電負荷大致可以分為以下兩類:電動公交車、客車所需要的牽引車輛用電;道路區(qū)間、高速休息區(qū)、收費站、車站以及其他建筑物照明用電等。隨著科技的進步,車流量的迅速增加,這對城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的抗壓能力要求也在加大。本文首先介紹了城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的理論基礎,其中較為常見的供電方式是直流式和交流式;接著本文主要針對交流牽引供電系統(tǒng)進行展開討論,介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成和其中的關(guān)鍵技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:城市軌道交通牽引供電系統(tǒng);交流式;抗壓能力

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.083

        1 引言

        隨著科技的飛速發(fā)展,交通行業(yè)也在逐漸壯大起來,我國各大一、二線城市都開始紛紛修建輕軌、地鐵、動車組等線路,在便捷了市民交通出行的同時,卻給城市軌道交通供電系統(tǒng)帶來了不小的壓力[1]。各國交通專業(yè)的學者,紛紛將注意力集中到牽引供電系統(tǒng)的設計和創(chuàng)新上,這一系統(tǒng)中較為常見的有直流式和交流式,以及雙制式。這些供電系統(tǒng)旨在當車流量處于高峰期時可以對線路進行持續(xù)、高效、穩(wěn)定的供電。所以對于車流、人流量較大的城市,對其供電系統(tǒng)的研究,就顯得格外有意義。

        2 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)

        國內(nèi)外普遍采用的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的類型多為交流25千伏以及直流1500伏兩種形式,現(xiàn)在也逐漸興起了將這兩種供電制式相結(jié)合的模式,稱為雙制式供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)主要是為了提供電動機車、輕軌、地鐵的用電,采用牽引網(wǎng)絡進行電流輸送。這一系統(tǒng)是電流輸出形式、電壓強度,以及供電系統(tǒng)類型的集合。城市軌道交通供電系統(tǒng)將直接影響到市民的出行安全、工程項目可以申請的規(guī)格、項目搭建標準、工程可融資金等問題,所以正逐漸引起國內(nèi)外廣大學者的關(guān)注[2]。下面主要針對牽引供電系統(tǒng)的直流制和交流制分別進行簡單的介紹。

        (1)直流制。城市中的變電所、牽引網(wǎng)以及接觸網(wǎng)的設計和搭建方式主要采用直流1500伏特的供電方式。此類型的牽引網(wǎng)采用了雙邊供電方式,若出現(xiàn)線路故障則換用大雙邊供電方式,從而達到跨越區(qū)域供電的效果。此外,直流制供電方式還采用了雜散電流保護機制。直流制式可以很好的將電能分流到各個網(wǎng)絡,且可以進行較遠距離的傳輸,但是由于它的變電模式,導致可以提供的供電距離較短,會增加一部分設備投資成本,此外該系統(tǒng)傳輸速率較低。綜上,此系統(tǒng)并沒有很強的優(yōu)勢可言[3]。

        (2)交流制。交流制式的牽引供電系統(tǒng),則采用25千伏特的交流電進行傳輸,牽引變電所多采用單向的“電壓—電壓”相接方式,變電所內(nèi)裝配有兩部變壓器,這兩部變壓器多采用雙繞組的單相變壓方式,它們結(jié)合在一起構(gòu)成了一角開口的三角形結(jié)構(gòu),其中被接入電網(wǎng)的端口是高壓側(cè)的兩個開口端以及一個公共端口,接地的一端是低壓側(cè)的公共端,其他兩個開口端分別與牽引側(cè)母線相接。對于降壓系統(tǒng)而言,除了終端降壓以外,在線路的區(qū)間內(nèi)也設置了加壓系統(tǒng),方便區(qū)間內(nèi)的設備照明使用。但是因為該系統(tǒng)長時間處在動態(tài)取流的狀態(tài),接觸壓力極大,所以采用交流制牽引供電方式對設備的耐磨損要求極高。

        3 交流牽引供電系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

        近些年隨著人們生活水平的提升,對出行的要求也正在加大,各大城市紛紛建構(gòu)了自己的地鐵輕軌系統(tǒng),隨之而來的是對電網(wǎng)電力系統(tǒng)更高的要求[4]。最初的電網(wǎng)線路搭建主要采用的是直流制,現(xiàn)今時代也只有歐洲一些國家的部分線路仍沿用直流制。自上世紀60年代,世界范圍內(nèi)修建的新線路全部都采用了交流制式。而交流制式的牽引供電系統(tǒng)也為大家展現(xiàn)了諸多優(yōu)點,如:供電效果好、成本較低、電流量大、不存在雜散電流等。但是仍有一些缺點,如:當換相接入小型電網(wǎng)時會產(chǎn)生分相;牽引電流的諧波會產(chǎn)生一定的電磁干擾。

        (1)電纜牽引網(wǎng)。目前常用的牽引接觸網(wǎng)主要采用1500伏特直流電壓進行供電,在一些特殊情況時,會使用750伏特。若采用交流電對接觸網(wǎng)進行供電,它的等效電路如下[5]:

        城內(nèi)輕軌、地鐵的牽引網(wǎng)應有上下行兩條線路,并且應采用并聯(lián)的方式,與此同時還應搭建備用的電纜線路,這條線路可以和正常電纜一起工作,它們互為備用。這樣可以增強線路的可靠性,還可以提升供電電能的總量,削減功率損失[6]。

        (2)牽引網(wǎng)分段供電與保護。由于電纜牽引網(wǎng)具有長距離傳輸、可輸送電能大等優(yōu)點而被廣泛使用,但是若采用上下行并行線路,成本較高,且設備搭建較為復雜,所以一般采用分段供電的形式。電纜和接觸網(wǎng)的分段設計既可以是同步進行的,又可以是分段完成的。為了便于施工,一般在變壓器處采用統(tǒng)一分段,在其他區(qū)間線路中多采用分開分段。這樣既可以提升系統(tǒng)的可靠性,又可以進行分段保護,使故障風險降到最低[7]。

        (3)主變電所供電方案。主變電所的供電方式主要依賴地鐵、輕軌等設備的數(shù)量和它們所處的位置,所以供電方式可采用單線、雙線和多線的方案,以適應不同的設備需求[8]。

        4 結(jié)論

        目前由于人們對出行的需求不斷增加,各國交通事業(yè)也有了翻天覆地的變化,對于交通線路中不可缺少的供電系統(tǒng),本文主要從交流牽引供電系統(tǒng)的電纜牽引網(wǎng)、分段供電保護、供電方案等方向入手,對其進行了介紹,這種牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可靠性強、傳輸電能大、成本相對較低等方面。

        參考文獻:

        [1]李群湛.城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].西南交通大學學報,2015(02):199-207.

        [2]劉煒,李群湛,陳民武等.城市軌道交通交直流統(tǒng)一的牽引供電計算[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010,38(08):128-133.

        [3]陳琳,王黎,李宗昉等.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的主接線設計[J].信息技術(shù),2012(05):156-160.

        [4]岳巍.新型牽引供電系統(tǒng)初探[J].城市建設理論研究(電子版),2014(36):4413-4414.

        [5]張維鵬.論談地鐵牽引供電系統(tǒng)整流機組建模的研究[J].城市建設理論研究(電子版),2015(20):2728-2729.

        [6]楊春燕,鄭士富.牽引變電所多制式供電改造方案的研究——科學利用國鐵供電資源,避免地鐵供電重復建設[J].科技信息,2009(13):333-334.

        [7]李建民,王麗紅.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流機組的接入與輸出方案[J].城市軌道交通研究,2007,10(10):64-66,70.

        [8]郭紅衛(wèi),吳佐民,全恒立等.新型能饋式牽引供電系統(tǒng)短路仿真[J].都市快軌交通,2010,23(05):110-112.

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