何志輝

摘 要 當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，地鐵建設(shè)日益繁榮。針對城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的接觸軌停電后停電作業(yè)區(qū)域產(chǎn)生的接觸軌殘壓，導(dǎo)致現(xiàn)場停電檢修無法正常開展，以及送電時因殘壓值較高線路測試通不過，無法恢復(fù)接觸軌送電的現(xiàn)象，對接觸軌殘壓進(jìn)行實地測試，通過錄波、數(shù)據(jù)分析，提出并驗證了接觸軌線間電容和線路長度對接觸軌殘壓和線路測試的影響，為地鐵運營公司和設(shè)計院改進(jìn)PSCADA系統(tǒng)遙調(diào)合閘時序和提高直流開關(guān)綜合保護(hù)裝置線路測試中的接觸軌殘壓值提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 直流牽引供電系統(tǒng);線路測試;線間電容;線路長度接觸軌殘壓

概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市擴(kuò)張的速度不斷增加，城鎮(zhèn)車輛數(shù)目的不斷增加，城市交通壓力越來越大。地鐵因其無污染和節(jié)省土地等等的優(yōu)點逐漸為廣大中大型城市接受，并且成為解決當(dāng)下城市交通運輸擁擠的最佳方案。直流供電控制和保護(hù)作為地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的核心部分，研制一種高性能和可靠的直流保護(hù)對促進(jìn)地鐵的長久發(fā)展具有重要作用。

1地鐵直流供電方案

1.1 直流供電方案簡介

地鐵直流供電系統(tǒng)一般包括主變電所、中壓網(wǎng)絡(luò)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)。主變電所接受城網(wǎng)110kV高壓電源，主變壓器降壓，再經(jīng)中壓網(wǎng)絡(luò)給牽引變電所供電。牽引變電所降壓、整流后給接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)電壓普遍采用DC750V、DC1500V。

1.2 地鐵直流供電方案目前存在的三大頑癥

地鐵的直流供電雖已非常成熟，但雜散電流腐蝕、發(fā)電反饋能量回收、直流斷路器滅弧問題這三大頑癥一直沒有得到有效解決。

（1）雜散電流腐蝕。在地鐵直流供電系統(tǒng)中，走行軌和大地之間不可能完全絕緣，一部分電流經(jīng)鋼軌流回牽引變電所，另一部分電流則經(jīng)大地流回，這部分大地中的直流電流稱為雜散電流。雜散電流流經(jīng)金屬設(shè)施時發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，金屬失去電子被氧化而受到腐燭。直流的流通方向是固定的，流經(jīng)路線是固定的，日積月累這種腐蝕就會對設(shè)施、管線造成嚴(yán)重破壞。目前雖然采用很多措施來解決這個問題，但只能減弱雜散電流腐蝕的影響，不可能杜絕。

（2）發(fā)電反饋能量回收。地鐵站間距離一般比較短，其運行過程為：啟動→加速→惰行→制動。制動采用發(fā)電反饋制動，電動機作發(fā)電機運行，消耗機車行進(jìn)過程中的巨大動能來產(chǎn)生制動力。發(fā)電反饋制動產(chǎn)生的電能占列車牽引電能的40%，甚至更多。地鐵直流供電系統(tǒng)中，牽引整流機組是單向?qū)щ姷?，電能不能回饋到電力系統(tǒng)，這將導(dǎo)致接觸網(wǎng)電壓升高。傳統(tǒng)上制動電能經(jīng)制動電阻消耗掉，現(xiàn)在人們采用蓄電池、超級電容、飛輪儲能的方式來回收再利用，或是在牽引整流機組環(huán)節(jié)增加逆變裝置使該電能反饋給電力系統(tǒng)。無論哪種方式都存在很多技術(shù)難點，并大量增加設(shè)備投資和建設(shè)費用。

（3）直流斷路器滅弧。在地鐵直流供電系統(tǒng)中，牽引變電所設(shè)置有直流斷路器。交流斷路器利用電流過零點達(dá)到電弧間介質(zhì)恢復(fù)從而熄滅電弧。在直流斷路器中，直流不存在電流過零的情況，需要創(chuàng)造過零點來熄滅電弧，技術(shù)難度非常高。目前，我國地鐵供電系統(tǒng)中98%以上的直流斷路器都是昂貴的進(jìn)口設(shè)備。即便如此，直流斷路器故障率仍然很高，降低了供電可靠性，提高了維修成本。總之，雜散電流腐蝕、發(fā)電反饋能量回收、直流斷路器滅弧問題的根本原因在于牽引供電采用的是直流系統(tǒng)，無論采取什么辦法，都不會改變直流的性能，因而也不可能從根本上解決。揚湯止沸，不若釜底抽薪。不采用直流系統(tǒng)，這些問題就根本不存在了。下面討論地鐵采用交流供電系統(tǒng)的供電方案[1]。

2殘壓主動檢測方案

2.1 檢測目的

通過高速數(shù)據(jù)采集儀掃描檢測并記錄饋線柜HSCB分閘合閘前后饋線電壓的暫態(tài)過程，對接觸軌殘壓形成機理進(jìn)一步進(jìn)行研究探討，驗證接觸軌線間電容和線路長度對接觸軌殘壓和線路測試的影響，為地鐵運營公司和設(shè)計院改進(jìn)PSCADA系統(tǒng)遙調(diào)合閘時序和提高直流開關(guān)綜合保護(hù)裝置線路測試中的接觸軌殘壓值提供依據(jù)。

2.2 檢測方案

饋線電壓測量采用分壓采樣電阻和KNICK信號隔離放大器的方案，設(shè)置四組屏蔽線作為信號采集通道，并用高速數(shù)據(jù)采集儀（自帶隔離且超過8通道）掃描檢測并記錄饋線電壓的暫態(tài)過程：①測試饋線上電典型波形和斷電殘壓衰減典型波形;②測試PSCADA系統(tǒng)遙調(diào)合閘、分閘時序和典型波形;③測試大雙邊斷電殘壓衰減典型波形;④通過波形分析殘壓形成機理和應(yīng)對措施[2]。

3接觸軌殘壓實測與分析

3.1 接觸軌殘壓實測

國內(nèi)多條地鐵線路開通以來，在接觸軌線路較長的區(qū)間混合所和停車場車輛段恢復(fù)送電時多次發(fā)生接觸軌殘壓值較高導(dǎo)致線路測試無法通過的情況，且持續(xù)時間不長、各設(shè)備絕緣強度經(jīng)測試穩(wěn)定可靠，考慮到這些區(qū)段線路較長，初步推斷線間電容是造成接觸軌產(chǎn)生殘壓的主要因素之一，并以此作為進(jìn)一步測試分析的依據(jù)。本次檢測選擇地鐵直流開關(guān)柜發(fā)生線路測試不通過較為頻繁的站點變電所。

3.2 殘壓衰減和線間電容分析

根據(jù)電工理論，任何電容器在通電后都帶有等值電壓和相應(yīng)電荷。在外部電源中斷后，由于存在大地回路，電容器會緩慢放電。饋線電壓衰減時間常數(shù)及線間電容與供電距離正相關(guān)，進(jìn)行線路較長的大單邊供電、大雙邊供電時，線間電容較大，受接觸軌殘壓較高影響合閘斷路器線路測試無法通過。

4結(jié)束語

針對城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的接觸軌停電后停電作業(yè)區(qū)域產(chǎn)生的接觸軌殘壓導(dǎo)致無法恢復(fù)接觸軌送電的現(xiàn)象，本文以電工理論為基礎(chǔ)，粗略地進(jìn)行了理論分析，并與現(xiàn)場實地測試的錄波數(shù)據(jù)比對分析，驗證了接觸軌線間電容和線路長度對接觸軌殘壓和線路測試的影響，是采用三軌供電方式的接觸網(wǎng)固有特性。當(dāng)牽引變電所恢復(fù)供電和進(jìn)行線路較長的大單邊供電、大雙邊供電時，接觸軌殘壓影響較為明顯，對運營和檢修造成不利影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛小強，趙壘，王曉博.地鐵牽引變電所高壓電流開關(guān)合閘故障的處理[J].城市軌道交通研究，2013，（5）：133.

[2] 王曉博，尚志堅，趙壘.城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)殘壓研究[J].城市軌道交通研究，2015，（9）：55.