地铁列车中中压交流并网供电技术的应用浅析

2015-10-31严刚刚

建材与装饰 2015年18期

关键词：中压接触器并联

严刚刚

（南京地铁运营有限责任公司江苏南京 210012）

地铁列车中中压交流并网供电技术的应用浅析

严刚刚

（南京地铁运营有限责任公司江苏南京 210012）

随着经济的发展，城市建设不断完善，各项基础设施的建设也不断完善，城市轨道交通的建设不断成熟，为促进城市的发展，为人们的生活提供便利做出了重要贡献。在地铁建设过程中，地铁列车的供电技术一直是整个工程建设项目中的重要环节，相对于传统的供电方式，中压交流并网供电技术不断成熟，为地铁列车的可靠运行提供了保障，对于各类电网故障的应对能力也不断增强，逐渐成为了列车供电的主流技术。本文对地铁列车中中压交流并网供电技术进行了分析。

地铁列车；中压并网供电；故障供电

所谓的中压交流并网供电技术，实际上是高压直流并联供电技术的延伸和发展，相对于高压直流并联供电技术，中压交流并网供电技术除了供电幅值同步外，还要保持相位和频率同步，实现难度大大增加，但是，其广泛应用，对于地铁列车有着重要意义，尤其是在列车发生故障时，中压交流并网供电技术能够实现对于列车负载的合理分配，实现对于剩余负载容量的最大化利用，从而保证乘客安全性和舒适性不受影响。

1　中压交流并网供电方案分析

1.1西门子列车方案

西门子在列车制造和使用过程中，充分使用了中压交流并网供电技术，其中上海轨道交通1#线增扩编列车项目就是西门子首次使用该技术的具体事例。在应用过程中，选用单台容量为73kVA的SIV和一条中压母线（如图1所示），创造出最初级的并网供电结构。在中压并网的过程中，列车控制系统不需要参与其中，通过SIV的VMD1和VMD2进行交互通信，通过向辅助逆变器控制单元进行信息反馈，形成并联控制[1]。由于西门子公司在设计初期对中亚母线短路故障、辅助逆变器无法从中亚母线隔离等故障没有做出充分考虑，所以，如果系统发生故障，就会因为缺乏必要的保护措施而导致系统故障，所有逆变器也会因为过流或者整体中压母线三相电压受到干扰而不能正常输出，这一设计上的先天缺陷难以通过简单的途径来进行改进，所以必须在后续的项目建设中对整套中压网络结构进行完善，才能有效防止故障发生。

图1　西门子列车中压交流并联供电结构图

1.2阿尔斯通列车方案

在上海轨道交通2#线的东延伸项目中，阿尔斯通将中压交流并联技术应用到了其中。为了增强系统在故障状态下的运行效果，在设计之初，就增强了系统的保护措施，并将中压母线接触器引入其中。通过在中压母线上安装两个由TCMS控制的接触器，当中压母线出现短路等故障时，中压母线接触器就会被分断，从而使故障段的中压母线与正常段的中压母线相分离，并使得SIV向母线输送三相电压在故障段得到禁止，而其他的区域能够维持正常供电，确保地铁列车的自身运行动力条件得到满足[2]，其具体的供电形式如图2所示。

图2　阿尔斯通列车中压交流并联供电结构图

1.3庞贝迪列车方案

在上海轨道交通12#线的建设过程中，庞贝迪借鉴西门子和阿尔斯通的经验，在设计过程中采用了双中压母线和4套中压母线接触器的方案，使系统在故障状态下的供电冗余能力更强，对于维持地铁列车稳定运行有着重要意义。在设计过程中，庞贝迪所选用的中压母线接触器由TCMS控制，将两条中压母线分成独立的4部分，如果其中任何一段发生短路故障，其他的部分仍然可以维持一半的中压负载，从而保证工作模式正常运转，最大化地利用负载保证列车运行的稳定性和安全性。

2　中压交流并网供电与传统供电模式的比较

与传统的供电模式相比，中压交流并网供电模式在列车供电故障状态下的运行能力与负载分配有着强大的优越性。一直以来，交叉供电网络是列车中压供电系统中普遍采用的供电模式，一般由两台或以上的SIV和两条中压母线组成，中压母线的负载供电完全依靠于SIV。从连接和控制方面来看，不需要TCMS的配合，独立性强，但是当SIV故障时，列车的可靠运行难以得到保障。也就是说，中压交流并网供电的优势在于当SIV故障时，可以起动列车控制系统中的预设模式，对供电系统进行优化处理，减少故障对于列车正常运行的影响。除此之外，在故障降级模式下，系统能否发挥优势，充分发挥系统间的互补和协调作用，则是判断中压交流并网供电技术成熟与否的标志。