苏州轨道交通一号线牵引供电系统及其运行方式分析

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摘要：牵引供电系统是轨道交通供电系统的重要组成部分，主要作用是向电动列车提供电能。通过对苏州轨道交通一号线牵引供电系统：直流牵引供电系统的组成及其运行方式的介绍，对每种运行方式的优缺点进行了分析。

关键词：城市轨道交通 牵引供电系统

1、 概述

城市轨道交通供电系统主要由牵引变电所、馈电线、接触网（轨）、走行钢轨、回流线等组成，牵引变电所将中压环网系统的三相交流电经降压、整流为直流电（一般为DC1500V或DC750V），供电动列车使用。苏州轨道交通一号线中压环网系统采用AC35kV电压制式，正线采用刚性接触网供电，车辆段采用柔性接触网供电，采用DC1500V电压制式。

2、 牵引供电系统组成

牵引供电系统由牵引变电所、正馈电线、接触网、走行轨、负回流线等组成。

2.1 牵引变电所

图1 牵引变电所主接线图

直流牵引变电所的主要功能是将三相交流电压经整流变压器降压，然后经整流器将交流电整流为直流电供给接触网。为了提高直流电的供电质量、降低直流电源的脉动量，通常采用多相整流的方法，所以整流变压器不仅要起到降压的作用，还要将三相交流电转变成六相交流电供整流器整流。整流变压器和整流器合称为整流机组，一个整流机组可提供12脉波整流，一个牵引变电所有两个整流机组，分别为1#整流机组、2#整流机组，两个整流机组接于同一段35kV母线上，构成等效24脉波整流。脉波数越多，说明直流电的供电质量越高。考虑到经济型等指标，一般城市轨道交通供电系统都采用24脉波整流。

苏州轨道交通一号线牵引变电所主接线图如图1所示。1#、2#整流机组分别通过直流进线开关201、202给DC1500V正母排供电，正母排的电经直流馈线开关211、212、213、214馈出，通过正馈电线将电能输送至接触网。

2.2 正馈电线

正馈电线是连接牵引变电所和接触网的电缆，作用是将电能输由变电所输送至接触网。为可靠的将牵引变电所设备与接触网隔开，并实现灵活的供电方式，在牵引变电所至接触网的馈电回路上还设置了上网隔离开关。上网隔离开关设置于隧道内，可以实现远程监视并操作。

2.3 接触网

一号线采用架空接触网供电，走行轨回流方式。正线接触网为架空刚性接触网，车辆段接触网为架空柔性接触网，出入段线处设置了刚柔过渡接触网，以便列车能在柔性接触网和刚性接触网之间顺利的过渡。列车通过设置于车顶的受电弓从接触网取电，逆变后供列车上的交流驱动电机使用，电流经列车轮对流向回流轨。

2.4 回流轨

正线走行钢轨全部兼作回流轨，上下行钢轨之间通过均流线连接起来以减小钢轨等效电阻，从而降低在输电回路的电能损耗，同时降低钢轨对地电位。车辆段由于信号系统采用了轨道电路，故有回流轨、信号轨之分，回流轨、信号轨之间用绝缘节隔开，互不干扰。

2.5 负回流线

负回流线焊接在钢轨上，作用是使电流流回牵引变电所内负极柜的负母排上。

3、牵引供电系统的运行方式

3.1 正常情况下的运行方式

正常运行时，各牵引变电所的两套牵引整流机组均应投入使用，构成24脉波整流。

一号线车辆段设置了1个牵引变电所，接触网由电分段进行隔离，分成了5个供电分区，列车在车辆段运行时，只能从车辆段牵引变电所取电，这种供电方式即单边供电。

正线按一定要求在线路沿线设置了8个牵引变电所，接触网共设置了16个供电分区，各分区均由两个相邻的牵引变电所共同供电（出入段线为单边供电），即为双边供电。

正常运行方式下，供电最可靠，保护最灵敏，供电回路损失的能耗最低。

3.2 故障、检修情况下的运行方式

当牵引变电所故障或检修时，可通过对相关开关进行操作改变正常的运行方式，达到短时供电的目的。故障、检修情况下主要有以下几种运行方式：

（1）单整流机组运行方式

初期、近期运行时，负荷较小，当某一个牵引变电所的一套整流机组故障时，另一套整流机组可以单机组运行。单机组运行时，直流电为等效12脉波，供电质量较低，因为只有一套整流机组供电，供电能力也较小，因此远期运行时，不允许单机组运行。

（2）单边供电的运行方式

当某一个牵引变电所的一个直流馈线开关、上网隔离开关或直流馈线开关至上网隔离开关之间的正馈电线故障时，可以由相邻的牵引变电所对相应的接触网供电分区进行单边供电。单边供电的优点是操作简单，缺点是当列车运行到单边供电的接触网分区末端时，由于供电距离较长，且接触网、钢轨本身都有一定的电阻，接触网电压会有明显的下降，消耗在线路上的电能也较大。此外，单边供电时，在供电末端可能会形成保护的死区，即当末端发生短路时，由于接触网、钢轨电阻的存在，短路电流较小，达不到保护动作值，馈线开关不能跳闸来切断故障点。因此，设计上就单边供电的接触网区域一般都离牵引变电所较近，设计上是双边供电的接触网区域，单边供电只能作为一种应急的供电方式。

（3）通过直流母排越区供电的供电方式

以图2为例，A、B、C为相邻的三个牵引所，当B所因故障或检修导致整流机组退出运行时，相邻的A、C两个牵引变电所可通过B所的DC1500V正母排构成越区供电，如图2所示。

图2 通过直流母排越区供电示意图

通过直流母排越区的优点是简单、易操作，运行期间一旦供电区内的接触网发生故障，只影响一个供电区，影响范围较小。缺点是构成大双边供电的两个牵引变电所相应的直流馈线开关之间没有联跳功能。如A所213开关检测到故障时，只能联跳B所211开关，不能联跳C所211开关。此外，采用此方式前必须明确故障变电所的直流正母排、四个馈线开关及相关的隔离开关、正馈出线没有故障，这在运行期间是比较难做到的，因此这种运行方式运用的较少。

（4）通过越区隔离开关越区供电的供电模式

以图2为例，当B所因故障或检修导致整流机组退出运行时，相邻的A、C两个牵引变电所可通过B所对应的越区隔离开关构成越区供电。

合上越区隔离开关进行越区供电的优点是，运行期间一旦越区供电范围内的接触网发生故障，向该区供电的两个馈线开关之间可以互发联跳信号。如A所的213开关可以通过B所对应的2113开关的合闸辅助接点将所间联跳信号发送至C所211开关，反之亦然，从而实现保护的联跳功能。缺点是运营时利用合越区开关构成越区供电时，需要先分开相应的馈线开关，需要一定的时间。

4、结束语

本文简要介绍了苏州轨道交通一号线牵引供电的组成，并结合运营实际对故障情况下各种运行方式进行了分析。由于运营中的情况比较复杂，具体采用何种运行方式需要结合实际情况进行分析判断。此外，由于故障、检修情况下的运行方式有系统可靠性不高、能量损失较大等缺点，因此不可作为长期的运行方式，一旦故障、检修设备恢复正常，应尽快使牵引供电系统恢复正常的供电方式。

参考文献

[1] 城市轨道交通供电系统设计原理与应用.西南交通大学出版社.2008。

[2] 城市轨道交通供电系统运行与维修.中国建筑工业出版社.2005。