单轨跨座式交通工程供电系统的特点

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摘 要：介绍了国内第一条单轨跨座式交通工程——重庆轻轨较新线的供电系统构成，论述了牵引网、再生制动能量吸收装置及综合接地系统等各子系统与双轨交通工程不同的技术特点、设计方案，并对中压环网电缆的特殊施工方法进行了比较详尽的介绍。

关键词：单轨跨座式；供电系统；技术特点

0 前言

重庆轻轨较新线（较场口至新山村线）是我国第一条单轨跨座式交通工程，车辆的供电制式为dc 1 500 v。线路全长 17.4 km，共设 17 座车站。一期工程线路正线长度为 14.35 km，共设车站 14座，车辆段及维修基地 1 处。

较新线的供电系统同一般的城市轨道交通一样，主要由主变电所、中压环网、牵引供电、变配电、电力监控、低压照明、再生制动能量吸收装置及综合接地系统等子系统构成，但其各子系统又有一些与双轨城市轨道交通不同的特点。

1 各子系统的设计方案及技术特点

1.1 主变电所

主变电所是为轻轨交通系统建设的专用变电站，其主要作用是从城市电网受电，将城市电网的高压电变成轻轨供电系统所需要的电压，进而向轻轨内部供电系统供电。

较新线采用集中供电方式。全线共设置 2 座主变电所，采用线路变压器组的接线型式。由于每路电源进线及每台主变压器的容量均考虑了独立承担本变电站供电范围内的一、二级负荷的供电，且对相邻主变电所在紧急情况下尚有支援能力，可满足（n-2）备用方式的要求，因此线路变压器组接线型式完全满足轻轨交通系统的正常运行和可靠供电，且简化了主变电所的主接线并节约了投资。

1.2 中压环网

1.2.1 中压环网的构成

中压网络是主变电所与轻轨变电所间的联系纽带，采用电缆连接，将城市电网的电能通过主变电所传送至轻轨变电所。

较新线采用 2 级电压制供电。其中压网络采用10 kv 分区环网的方式对各变电所进行供电。每个供电分区最多 3 个变电所，在合适的车站设置 2 个主变电所间的环网分段开关。正常时环网开关断开，而故障时环网开关闭合，形成相互支援。

分区环网方式供电可靠、损耗较低、投资较少（电缆较少）、接线统一简单、运营管理方便、维护工作量少、主变电所馈线开关柜数量少、便于对续建工程电源预留。

1.2.2 中压环网电缆的敷设

该系统为单轨跨座式交通系统，环网电缆一般沿线路敷设在轨道梁下。由于环网电缆敷设作业面狭小、艰险（pc 梁尺寸仅为 1 500 mm×850 mm，且几乎全为高架，最高离地达 70～80 m，部分区段甚至高架于河面上），因此在敷设过程中如何避免桥架的变形就须特殊考虑。

重庆轻轨较新线的环网电缆敷设采用专用的作业车进行电缆敷设，有大型车、小型车 2 种，两侧均有由滑槽引导、液压驱动升降的作业平台。

电缆桥架采用侧边与横档构成的梯形桥架，由于电缆敷设时仅能由侧面进入，因此必须预先拆除一侧吊架；电缆进入后，必须添加辅助吊钩将电缆悬于空中，以免引起桥架的变形；待电缆施放完毕后，再将吊架恢复，将电缆整理到位。图 1 为电缆敷设施工方法示意图。

1.3 牵引供电系统

1.3.1 牵引变电所

牵引变电所是牵引供电系统的核心，需要根据牵引供电计算并结合选址、征地、拆迁等多种因素综合考虑，一般沿轻轨线路的车站设置。

（1）牵引变电所的分布。牵引变电所的位置及数量，应根据运行高峰小时的车流密度、车辆编组及车辆型式通过牵引供电计算，设计多种方案比选确定。利用牵引计算曲线及高峰小时运行图，采用节点电压法建立全线牵引供电系统数学模型，通过计算，重庆轻轨较新线一期工程设置 5 座正线牵引变电所和维修基地牵引变电所 1 座。

（2）牵引变电所主接线充分考虑了系统的特点：a.单套整流机组采用三相桥 12 脉波整流方式，2 套整流机组并联运行构成等效 24 脉波整流。当一台整流机组故障时，另一台整流机组也退出运行，牵引变电所解列。b.每台整流器正极出口通过电动隔离开关接于正母线，其负极出口通过带闭锁的手动隔离开关接于负母线。c.交通系统的正负接触轨均为悬空电位，相对于每一条直流馈线，均设一条负回流线，每条回流线设一个手动隔离开关。d.本系统车辆的制动方式为：电制动（再生制动）+空气制动。因此，在每座牵引变电所均装设一套制动能量吸收装置。

1.3.2 牵引网

本系统车辆供电制式为 dc 1 500 v，牵引网的额定电压 dc 1 500 v，电压波动范围为 1～1.8 kv。牵引网（接触线及回流线）采用轨道梁侧面刚性接触悬挂方式。为确保在本交通系统的环境条件和线路条件下安全可靠地向列车供电，牵引网必须满足：（1）满足 80 km/h 行车速度要求，保证集电器良好的取流；（2）牵引网结构简单，安装方便，便于维修和运营；（3）牵引网设备和器材应耐腐蚀、寿命长、少维修；（4）牵引网载流量应满足远期高峰小时一个牵引变电所解列，由相邻牵引变电所越区供电时列车正常运行的要求，正线牵引网的持续载流量应达 3 300 a。

牵引网的主要技术参数：（1）支持点间距取值范围一般为 2.5～3.0 m。（2）拉出值主要由集电器滑板工作宽度、限界及绝缘距离要求来决定，一般为±60 mm。在膨胀接头处，2 根汇流排平行排列，实现集电器平稳过渡。（3）锚段长度一般为100～150 m，并在其中间部位设置中心锚结。在锚段终端两侧汇流排平行重叠排列，重叠长度一般为5 m（25 ℃），重叠区接触导线间距为 70 mm，构成锚段关节。（4）牵引网载流、受流系统由 t 型汇流排+线夹+梯形硬铜 150 mm2 接触线组成，其典型安装方式见图 2。

1.4 变配电系统

变配电系统是为除电动车辆以外的所有负荷供电的系统。变配电系统主要由降压变电所和动力照明 2 部分组成。

1.4.1 降压变电所

每个车站均设 1 座降压变电所，在有牵引变电所的车站一般与牵引变电所合建构成牵引降压混合变电所。在综合维修基地除与牵引变电所合建构成 1 座牵引降压混合变电所外，在基地另一侧设置1 座跟随式降压变电所。正线上每座降压变电所各负责本车站及车站两端各半个区间负荷的供电。

降压变电所设 2 台电力变压器，正常时 2 台分列运行，同时供电；当 1 台变压器故障解列时，自动切除三级负荷，另 1 台变压器承担本所范围内的全部一、二级负荷的供电。

1.4.2 动力照明

动力照明系统采用 380/220 v（tn-s 系统）配电。该系统根据低压负荷的用途和重要性采用不同的供电方案：（1）一级负荷：双电源、双电缆，供电末端自动切换，来电自复；（2）二级负荷：双电源、单电缆；（3）三级负荷：单电源、单电缆。动力照明的配电方式基本上采用放射式供电，个别分散负荷采用树干式供电。

1.5 电力监控（scada）系统

scada 系统是供电系统的监视、控制和测量系统，它是为系统能安全、可靠地供电服务的。

重庆轻轨 scada 系统由控制中心主站、变电所综合自动化及通道 3 部分构成。电力监控采用计算机监控装置，结构为 1∶n 的点对点结构形式。

局域网络由双以太网构成，互为备用，当主用网络发生异常或故障时，系统在规定的时间内自动或手动切换到备用网络。

1.6 再生制动能量吸收装置

较新线的车辆制动方式以再生制动为主，空气制动为辅，并具有再生制动与空气制动自动协调配合的功能。其设计限坡达 60‰，设计最高时速为80 km，车辆在运行过程中及进站前很大概率是使用再生制动，这将产生一个再生能量，在行车密度不大、线路上没有其他运行车辆耗能的情况下，该能量将使牵引网电压升高，危及设备的运营安全。

国内外对再生电能的处理通常有 2 种模式：反馈和吸收。反馈方式虽然可以节约一部分能源，但因逆变装置造价高且反馈电能质量较差，所以较新线采用的是吸收的模式，即在地面装设再生制动能量吸收装置，该装置能够根据吸收功率的大小自动调节导通比，维持牵引网电压的恒定；在车辆启动、加速、惰行、停站或线路上无车辆运行时，该装置不投入工作。

1.7 综合接地系统

较新线工程地处岩石地质区段，属于高土壤电阻率地区，在这种地区要使接地电阻达到较低的阻值比较困难，而且较新线的车站基本处于繁华市区，可用于设置接地装置的地方有限，强电系统、弱电系统很难各设接地网。通过研究及多方论证，较新线决定采用综合接地系统。

由于重庆轻轨采用绝缘架设回流排的回流方式，整个供电系统基本上没有杂散电流存在。因此综合接地系统利用车站建筑桩基作为自然接地体，使接地装置设置经济合理，并且工程可实施性强，从而节约了投资，效果良好。

2 结束语

为保证单轨跨座式交通工程供电系统安全、可靠的运行，电能传送的安全可靠方案的合理分配是重要因素。在轻轨交通系统中，各用电负荷的电压等级、负荷特性及负荷分布等均存在不同程度的差异，而且其用电要求和技术标准也不相同。所以，供电系统必须满足这些不同负荷下的不同需求，确保各种设施充分发挥各自的功能和作用，以保证轨道交通畅行无阻。

由于重庆轻轨较新线采用单轨跨座式车辆，因此决定了其供电系统具有一系列的独特的特点：中压环网电缆敷设、牵引网的形式、再生制动能量吸收装置及综合接地系统等方面。这些特点使得重庆轻轨较新线的供电系统与其他交通的表现形式一样，在城市中形成了一条独特的风景线。