城市轨道交通直流牵引供电系统构成及运行方式优缺点分析

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摘 要：城市轨道交通供电系统是为运营提供能源的系统，而直流牵引供电系统为电动列车提供牵引用电，也是供电系统的核心组成部分，本文分析了各种供电方式优缺点，并从电力调度的角度，运用调度方式的灵活性，保障城市轨道交通安全可靠运营。

关键词：直流牵引供电系统 电力调度 供电方式

1、直流牵引供电系统构成

主要由①牵引降压混合变电所②正馈电线、③接触网（第三轨）、④电动列车、⑤走行钢轨、⑥回流线路、⑦电分段组成。

图1-直流牵引供电系统构成图

1.1牵引降压混合变电所

引自主变电所来的中压电压经过变压器、整流器（即整流机组）变为DC1500V，再经DC1500V开关柜、正馈电线向接触网供电。

1.2 正馈电线

牵引混合降压变电所和接触网（第三轨）之间的电缆，正馈电线将电能传输至接触网（第三轨）。

1.3接触网（第三轨）

正线一般采用架构刚性接触网，刚性接触网是向电动客车供给电能的导电体，在地铁末端一般采用架空柔性接触网。

1.4走行钢轨

列车在运行时，走行轨作为牵引电流回流至牵引降压混合变电所的电路，正线走行钢轨作为回流轨，均流线设置在上、下行钢轨之间，目的是为了减小钢轨电阻和线路损耗，更好的降低了钢轨点位，更好的保障设备和人员的安全。

1.5回流线

连接钢轨和牵引混合降压所的线路，目的是将牵引电流返回变电所，形成供电通路。

1.6电分段

电分段是接触网的电气隔离，通过电分段把接触网分成不同的供电分区，作用便于检修和缩小事故范围，也为各种供电方式提供条件。

2、直流牵引供电系统的运行方式

（1）双牵引整流机组双边供电

直流牵引供电系统正常运行时，各牵引变电所的两套牵引整流机组均应投入使用，直流馈线断路器、隔离开关闭合，纵向越区隔离开关打开，相邻两牵引降压混合所形成双边供电。以图1为例，1#、2#、3#为相邻的三个牵引降压混合所，2#、3#牵引降压混合所各引入一路电源送入接触网，形成双边供电。

但在在地铁线路的末端，列车在线路末端运行时只能从临近变电所所取电，称为单边供电。

（2）单牵引整流机组双边供电

当牵引降压混合变电所一套整流机组故障退出时，当负荷不大的时，另外一组整流机组可以短时单机组连续运行的能力。

（3）双牵引整流机组单边供电运行方式

当故障情况下，当某一牵引混合变电所的一条直流馈线回路故障时，列车只从所在供电分区上的相邻另一牵引变电所取得电能，以图1为例，2#牵引降压混合所2131故障，2#、3#之间的供电分区只能从由3#牵引降压混合所一边供电..

（4）直流母排越区供电的供电方式

以图1为例，当2#所因故障退出运行时，此时2#所直流进线断开，馈线隔离开关、断路器合闸，通过2#所的DC1500V母排形成越区供电。

（5）纵向越区隔离开关越区供电的供电方式

以图1为例，当2#所因故障退出运行，通过2#所纵向越区隔离开关形成双边供电，，通过2#所合闸2113纵向越区隔离开关形成越区供电，1#、3#两个牵引降压混合所向2#所在供电分区供电。

3、各种运行方式的优缺点对比

（1）双牵引整流机组双边供电

相邻牵引降压各经一路馈线向同一供电分区馈电，是直流牵引供电系统正常运行方式，该供电方式下牵引网电压质量好，继电保护最灵敏且损耗最低，对迷流防护有利，因此双边供电方式是最优的运行方式。

（2）单牵引整流机组运行方式

一套整流机组运行时，整流方式由双机组变成了单机组，导致牵引网电压质量低，谐波含量也增加，降低了供电范围，单台牵引整流机组具有150%过负荷，连续运行2小时的供电能力，此时电力调度应严格监视该整流机组的过负荷情况，另一套整流机组出现异常时，应立即将该整流机组也退出运行，并且根据情况改变供电运行方式。长远不考虑单机组运行，国内地铁一般不采用此供电方式。

（3）双牵引整流机组单边供电的运行方式

电力调度操作单边供电的时非常简单，但当供电距离较长时候，因接触网和钢轨本身有一定电阻值，牵引网电压质量也会较差，消耗在线路上的电能将增大。另外，在供电末端发生短路时，由于接触网、钢轨电阻的存在，一旦发生短路故障，可能达不到开关柜动作值，从而不能切断短路电路，扩大故障事故范围。因此，在设计上线路末端单边供电区域都离牵引变电所较近，因此单边供电作为一种故障情况下的临时供电方式，不能作为直流牵引供电系统经常运行的方式。

（4）通过直流母排越区供电的供电方式

此方式电力调度操作简单，利用故障变电所的直流母线将上下行的接触网并联起来，提高了牵引网电压质量，缺点是直流母排构成大双边供电的两个牵引变电所对应的直流馈线开关之间没有联跳功能，如2#所故障退出，此时采用直流母排越区供电，1#所213开关检测到故障时，能联跳2#所211开关，不能联跳3#所211开关，因此用此方法必须明确故障变电所的直流正母排、馈线开关、隔离开关、馈线回路没有故障，一旦相关设备或者回路故障，使用此方法就会造成扩大事故的范围，在地铁运营期间运用这种供电方式的情况非常少。

（5）通过纵向越区隔离开关越区供电的供电模式

此方式电力调度操作简单，利用在于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，及时切断故障线路，缺点是纵向越区隔离开关不能带负荷操作，必须先对线路进行停电，对线路正常运营会有短时间的影响。

综上所述，正常运行时，直流牵引供电系统正常情况下应采用双牵引整流机组双边供电，此供电方式牵引网电压质量好切能耗低，当发生故障时，电力调度根据现场情况改变正常的运行方式。

4、结论

本文描述了城市轨道交牵引供电系统的构成，对直流牵引供电系统正常和故障情况下各种运行方式进行了描述和分析，直流牵引供电系统故障情况下的运行方式有诸多不可靠性，所以故障情况下的运行方式不能长期运行，一旦出现供电系统故障，电力调度按照"先通后复"的原则处理，根据实际情况灵活运用各种供电方式，保障轨道交通的持续供电，并应尽快组织人员进行故障处理，尽快恢复正常的供电方式，保障供电系统设备和行车的安全性和稳定性。在实际运营过程中，会遇突发性故障，采用什么供电方式需要电力调度结合实际情况和经验进行分析判断，尤其是考验地铁电力调度应急处置能力，因此地铁电力调度的调度水平显得尤为关键。

参考文献

[1]于松伟，杨兴山，韩连祥.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]李学武，城市轨道交通供变电技术.西南交通大学出版社.2013。