楊光濤

摘要：地鐵交通的運(yùn)行與直流牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性有著直接的關(guān)聯(lián)，只有保證供電的順暢才能保護(hù)地鐵乘客的人身和財(cái)產(chǎn)安全。DC750V地鐵直流牽引供電系統(tǒng)檢測(cè)與保護(hù)措施對(duì)地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著關(guān)鍵的作用，本文從牽引供電系統(tǒng)能源、地鐵牽引供電系統(tǒng)發(fā)電原理、地鐵動(dòng)力照明供電系統(tǒng)原理以及系統(tǒng)的保護(hù)措施等方面進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：DC750V；地鐵直流；牽引供電系統(tǒng)；檢測(cè)；保護(hù)措施

一、地鐵直流牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的原理概要

1.地鐵牽引供電系統(tǒng)的供電能源

地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的主要能源就是電能，電能是保障地鐵運(yùn)行的基本能源。地鐵的運(yùn)行以及地鐵上的所有功能都是由電力維持運(yùn)行的，像光照、多媒體設(shè)備、音響、網(wǎng)絡(luò)、安全系統(tǒng)、電動(dòng)門(mén)以及電梯等等這些都是靠電力的輸出才能正常的作業(yè)。并且所有的設(shè)備功能都是相關(guān)聯(lián)的，統(tǒng)一由電力來(lái)支持運(yùn)行，如果一旦出現(xiàn)停電的現(xiàn)象地鐵的所有功能都將停止，這對(duì)地鐵交通來(lái)說(shuō)是非常糟糕的，若是提前有停電預(yù)告造成的損失還在可控的范圍之內(nèi)，但若是出現(xiàn)電力驟停的現(xiàn)行就有可能會(huì)危及到乘坐地鐵人員的安全，造成的后果和損失是無(wú)法預(yù)估的。

可見(jiàn)地鐵電力的供應(yīng)是非常重要的，順暢的電力供應(yīng)為城市地鐵交通正常的運(yùn)行提供保障。而地鐵的電力來(lái)源是城市電網(wǎng)統(tǒng)一管理和輸送，城市電網(wǎng)管理部門(mén)會(huì)根據(jù)城市用電布局進(jìn)行合理的分配，地鐵屬于城市交通供電，會(huì)有專門(mén)的供電系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸電力，交通電力所需要的電壓和功率非常的大，獨(dú)自形成一個(gè)供電系統(tǒng)和區(qū)域。電力的供應(yīng)方式也有很多種，包括風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電以及核電站發(fā)電等，但都是由發(fā)電廠進(jìn)行統(tǒng)一發(fā)送電力。

2.地鐵牽引供電系統(tǒng)發(fā)電原理

地鐵牽引供電系統(tǒng)發(fā)電的基本原理是先由城市供電總局通過(guò)發(fā)電廠進(jìn)行發(fā)電，在通過(guò)城市交通電網(wǎng)傳輸?shù)降罔F的區(qū)域變電所將所接收的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換和降壓，經(jīng)過(guò)三相輸電線運(yùn)輸?shù)降罔F變電所將電壓降低到適應(yīng)地鐵正常運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)在為地鐵運(yùn)行提供電力，這是由于電力在到達(dá)地鐵供電區(qū)域之前會(huì)經(jīng)過(guò)升壓器，電壓的數(shù)值超過(guò)了地鐵運(yùn)行的電壓值，通過(guò)降壓才能保證地鐵的供電正常。DC750V地鐵直流牽引供電系統(tǒng)適應(yīng)的電壓是750V。

地鐵牽引供電系統(tǒng)中包括變電所、饋電線、電分段、回流線、軌道電路、接觸網(wǎng)等共同形成電路的循環(huán)供應(yīng)。電能通過(guò)地鐵區(qū)域的變電所經(jīng)饋電線傳輸至電分段與鐵軌電路和接觸網(wǎng)形成電流循環(huán)從而構(gòu)建成供電網(wǎng)絡(luò)，這就是地鐵牽引供電系統(tǒng)發(fā)電的基本原理。其中地鐵區(qū)域變電所是固定為地鐵交通進(jìn)行供電的，所有發(fā)電廠發(fā)出的電能都會(huì)經(jīng)過(guò)變電所進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。DC750V是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的交通供電電壓之一，采用的接觸網(wǎng)有兩種類型一種是架空式接觸網(wǎng)和第三軌式接觸網(wǎng)（接觸軌），接觸網(wǎng)是直接向地鐵列車(chē)傳輸電力的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，連接著變電所和列車(chē)供電設(shè)備，同時(shí)地鐵行駛的速度非常的快，需要接觸網(wǎng)有超強(qiáng)的耐磨性和導(dǎo)電性。

而電分段就是將接觸網(wǎng)分成均等的幾部分，這是為了方便管理和維護(hù)工作的開(kāi)展。軌道電路也包含在接觸網(wǎng)當(dāng)中，地鐵列車(chē)通過(guò)在行駛時(shí)與軌道接觸產(chǎn)生牽引電流，從而為列車(chē)提供電力，保證列車(chē)正常的運(yùn)行。除了地鐵區(qū)域的變電所之外，其它的供電系統(tǒng)組成都屬于牽引供電網(wǎng)。牽引網(wǎng)與變電所共同組成牽引供電系統(tǒng)，為地鐵穩(wěn)定、安全可靠的交通運(yùn)行保駕護(hù)航。

3.地鐵動(dòng)力照明供電系統(tǒng)原理

地鐵動(dòng)力照明供電系統(tǒng)的基本原理是當(dāng)電能傳輸?shù)降罔F交通區(qū)域后通過(guò)區(qū)域變電所然后再進(jìn)入?yún)^(qū)域的降壓變電所進(jìn)行電壓處理，然后進(jìn)入?yún)^(qū)間的配電所進(jìn)行電力分配，最后到達(dá)車(chē)站配電站進(jìn)行電力供應(yīng)。其中區(qū)域變電所是負(fù)責(zé)接收電能將電能電壓降低至地鐵運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)電壓，DC750V地鐵的標(biāo)準(zhǔn)電壓是750V。同時(shí)區(qū)域變電所將轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)移到降壓變電所，降壓變電所是將將三相電源進(jìn)線電壓降壓變?yōu)槿?80V交流電，降壓變電所的主要用電設(shè)備是風(fēng)機(jī)、水泵、照明、通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警設(shè)備等。

降壓變電所將電壓處理好之后分別轉(zhuǎn)入相應(yīng)的區(qū)間配電所，由區(qū)間配電所進(jìn)行統(tǒng)一的電力分配和供應(yīng)，區(qū)間配電所會(huì)根據(jù)不同用電設(shè)備所需的電量和電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分別供電，一般情況下供電設(shè)備的電壓標(biāo)準(zhǔn)有380V和220V兩種，同時(shí)區(qū)間配電所不僅僅是針對(duì)地鐵內(nèi)部進(jìn)行供電，還有對(duì)地鐵區(qū)域兩側(cè)的用電設(shè)備進(jìn)行供電。在區(qū)間配電所與所有的動(dòng)力照明設(shè)備之間是有電線進(jìn)行連接的，供電穩(wěn)定性效果良好。

4.地鐵供電系統(tǒng)建設(shè)意見(jiàn)

地鐵的供電系統(tǒng)可以根據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行不同的系統(tǒng)建設(shè)，以DC750V地鐵直流牽引供電系統(tǒng)建設(shè)為例。在發(fā)電廠將電力傳輸?shù)降罔F區(qū)域變電所時(shí)可以轉(zhuǎn)換成分段供電的形式，就是將電能接收的變電所作為主變電所統(tǒng)一接收電能，并將電能全部轉(zhuǎn)換為750V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，然后將電能轉(zhuǎn)入各區(qū)域的牽引變電所和降壓變電所，再由牽引變電所和降壓變電所按照供電需求標(biāo)準(zhǔn)對(duì)供電進(jìn)行規(guī)劃，配送給所有的動(dòng)力用電和照明用電設(shè)備，同時(shí)牽引變電所和降壓變電所要將地鐵用電的總量傳輸給主變電所，以便主變電所進(jìn)行電能接收控制。

二、地鐵直流牽引供電系統(tǒng)檢測(cè)與保護(hù)措施

1.電流上升率及電流增量檢測(cè)保護(hù)

電流上升率和電流增量保護(hù)是地鐵直流牽引保護(hù)系統(tǒng)的主要保護(hù)措施，對(duì)地鐵供電的安全性和穩(wěn)定性有較強(qiáng)的保護(hù)和控制作用。這項(xiàng)保護(hù)措施經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探究和改善已經(jīng)成為牽引供電系統(tǒng)保護(hù)措施中效果最佳的。該項(xiàng)保護(hù)措施是利用現(xiàn)代的先進(jìn)的電子信息技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)的，電子信息設(shè)備會(huì)時(shí)刻檢測(cè)牽引供電系統(tǒng)的電流量和電功率的變動(dòng)情況，如果變動(dòng)的幅度出現(xiàn)異常超過(guò)供電的安全值就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟保護(hù)裝置，保護(hù)裝置所采用的保護(hù)措施有兩種：一種是瞬時(shí)保護(hù)，一種是延時(shí)保護(hù)。會(huì)根據(jù)電流上升或增量的情況來(lái)決定采取哪種保護(hù)方式。

2.大電流脫扣檢測(cè)保護(hù)

這種保護(hù)措施是地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù)措施中的后備保護(hù)措施，這種保護(hù)措施適用于供電系統(tǒng)出現(xiàn)較強(qiáng)的短路電流的情況，當(dāng)牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)這一現(xiàn)象時(shí)就會(huì)啟動(dòng)保護(hù)措施立刻將短路電流切斷，大電流脫口保護(hù)措施是一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)型的裝置，在檢測(cè)到短路時(shí)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。

3.定時(shí)限過(guò)電流檢測(cè)保護(hù)

定時(shí)限過(guò)流保護(hù)也是一種基于電流幅值的保護(hù)。和電流上升率及電流增量保護(hù)、大電流脫扣保護(hù)相比，大電流脫扣保護(hù)應(yīng)躲過(guò)機(jī)車(chē)正常啟動(dòng)時(shí)的最大電流，而定時(shí)限過(guò)流保護(hù)電流整定值較低，但時(shí)限較長(zhǎng)，其啟動(dòng)時(shí)不需躲過(guò)機(jī)車(chē)啟動(dòng)最大電流，而是靠延時(shí)來(lái)區(qū)分故障電流和機(jī)車(chē)啟動(dòng)電流。其動(dòng)作時(shí)限一般為十幾秒到幾十秒之間。其缺點(diǎn)是不能快速切斷故障電流，因而作為一種后備保護(hù)。在保護(hù)控制單元預(yù)先整定電流 Imax 值和時(shí)間 T 值。當(dāng)通過(guò)直流饋線斷路器的電流值在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間 T 內(nèi)超過(guò)Imax 值時(shí)，過(guò)流保護(hù)裝置動(dòng)作使直流饋線斷路器跳閘來(lái)清除故障。

結(jié)語(yǔ)：

DC750V地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與保護(hù)有效的提高了地鐵交通運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃?，通過(guò)現(xiàn)代發(fā)達(dá)的數(shù)字信息技術(shù)時(shí)刻的監(jiān)測(cè)運(yùn)輸時(shí)供電系統(tǒng)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)采取保護(hù)措施，并使供電系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。比較常用的地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù)措施有電流上升率及電流增量保護(hù)措施、大電流脫扣保護(hù)措施以及定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)措施等。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳書(shū)鋒，胡平.地鐵直流牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)方法分析[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2014（4）：67-69.

[2]孫惠娟，彭春華，羅才花.地鐵牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)電磁場(chǎng)空間分布研究[J].華東電力，2014，42（4）：703-708.

[3]盛蓉蓉.可用于DC750V及DC1500V系統(tǒng)的牽引變電所設(shè)計(jì)[J].城市軌道交通研究，2015，18（7）：40-43.