轨道交通牵引供电系统综述

2016-05-14孙涛

中小企业管理与科技·上旬刊 2016年8期

孙涛

摘要：在各行各业不断发展的今天，轨道交通扮演了非常重要的角色，可以说轨道交通已经成为了现如今生活生产中必不可少的一项组成内容。在轨道交通系统中，牵引系统是重要的组成内容，所以也是轨道交通研究人员重点关注的内容。为了进一步保证轨道交通系统的安全性和可靠性，本文将就轨道交通牵引供电系统展开论述。

关键词：轨道交通；牵引供电；供电系统

中图分类号： U223 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）22-174-2

1 牵引变压器

1.1 普通铁路牵引变压器

普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。

1.2 高速铁路牵引变压器

我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。

2 牵引供电系统

2.1 牵引变电站

2.1.1 牵引变电站位置确定

牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。

2.1.2 牵引变电站设备

牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并列运行时输出的为24脉波的脉动直流电。

2.1.3 牵引变电站电气主接线

牵引降压混合变电站采用27.5kV单母线分段运行。从主变电站或上一座变电站引进的两路27.5kV交流电源分别送至27.5kV一/二段母线。每座牵引降压混合变电站有两组整流器组，设置在同一27.5kV母线上并联运行，这种接线保证两套整流器组输出功率均匀，等效24脉波整流，利于谐波治理。当牵引降压混合变电一台整流机组解列时，由另一台整流机组在允许过载的条件下继续运行。两座牵引降压混合变电站各引一路直流馈线对同一个区段的触网进行双边供电。当一座牵引降压混合变电站两组整流器组都退出运行时，允许触网单边供电。

整理器组由27.5kV整流变开关、整流变压器、整流器、正负极闸刀组成，整流变将27.5kV交流电降压并整流为1500V直流电。鉴于两套整流机组接于同一段母线上，所以直流母线采用不分段单母线接线。整流机组正极通过正极闸刀与正母线相连，整流机组负极通过负极闸刀与负母线相连，直流正母线设四路直流高速开关馈出线，负母线通过回流线与走行轨相连，这样通过电动列车的受电器与接触网的接触滑行，就构成了一个完整的直流牵引电动机受电回路。馈出回路通过直流高速开关分别向左右两个方向的上、下行牵引网供电。线路末端站可能只有两路馈出线，车辆段馈出线数量要根据需求设置。馈出线的直流高速开关至正线触网间设触网闸刀，在上行、下行同一供电分区绝缘分段处设有接触网联络闸刀。

2.1.4 牵引变电站继电保护配置

2.1.4.1 整流器组继电保护配置

牵引变压器电流速断保护：整流机组主保护，保护1500V母线至馈出线之间的相间短路故障，同时也是整流器本体保护的后备保护。

牵引变压器反时限过电流保护：保护动作时间随短路电流的增大而减小，电流越大，保护越快。

牵引变压器定时限过电流保护：反时限过电流保护的后备保护，动作时间小于反时限。

牵引变压器零序电流保护：主保护，利用接地时产生的零序电流使保护动作。

牵引变压器温度保护：变压器正常运行温度为70～90℃。127.5℃报警，150℃跳闸。

整流二极管保护：整流器内一个二极管故障时发出报警，两个二极管故障开关跳闸。正负母排温度80℃报警，90℃跳闸；散热器温度140℃报警，150℃跳闸。

整流器过电压保护：整流器交直流侧均设有过电压保护，交流侧采用RC回路，直流侧采用RC回路加压敏电阻，保证两侧的过电压被吸收。

2.1.4.2 直流1500V系统继电保护配置

1500V直流高速开关的大电流脱扣保护：开关本体自带保护，无延时跳开1500V直流高速开关。

电流增量保护ΔI与电流上升率di/dt保护：电流增量保护ΔI是接触网主保护，其保护范围是该牵引降压混合变电站的近、中端，也能切除大电流脱扣保护范围内的较小的远端短路故障。

Imax正向过电流保护：作为中、近端短路故障的后备保护。整定要求小于大电流脱扣保护的整定值，大于电流增量ΔI值。接触网热过负荷保护：根据电缆电流及接触网的发热量等推算出电缆温度，当电缆温度超过整定值时，同一供电区域两个直流高速开关跳闸。

双边联跳保护：故障情况下，为确保相邻牵引降压混合变电站向同一故障区间供电的断路器可靠跳闸而增设的后备保护。

框架泄漏保护：是切除直流设备正极对机壳（大地）发生短路故障，接触网对架空线发生短路故障而设置的保护。电流型框架保护是直流系统主绝缘击穿，故障站及相邻车站同一供电区域共八台直流高速开关、两台整流机组27.5kV开关跳闸。电压型框架保护其时间整定要迟于钢轨电位限制装置，故障站四台直流高速开关、两台整流机组27.5kV开关跳闸。直流高速开关自动重合闸：当线路持续短路故障时，直流高速开关会检测3次后闭锁，否则直流高速开关会自动重合闸。

2.2 接触网

2.2.1 接触网的作用及特点

接触网是电力牵引系统的重要组成部分，机车通过受电弓或受电靴从接触网中得到电能，接触网保证了列车安全、可靠、快速运行。接触网具有以下特点：

①接触网由于与电动车组在空间上的关系，和轨道一样无法采取备用措施。所以一旦接触网发生故障，整个供电区间即全部停电。

②接触网下有许多电动车组在高速运动，运行中不可避免地会产生受电弓离线而引起的电弧。再加上处于露天环境，其发生故障的可能性较电力电缆线路要大得多。

③为了保证电动车组安全、可靠、质量良好地从接触网取流，对接触网导线的高度、拉力值、定位器坡度，接触网弹性、均匀度等都有定量要求。

2.2.2 接触网的分类

2.2.2.1 柔性架空接触网

柔性架空接触网由带张力的柔性金属导线组成。在运行过程中，受电弓与接触线保持可靠的弓网张力，并进行取流。其主要特点是以线索形式存在，隧道净空要求较大，运营维护的工作量也较大，但在露天可靠性较高。上海轨道交通地面及高架线路绝大部分采用柔性架空接触网。

2.2.2.2 刚性架空接触网

刚性架空接触网将传统的接触线夹装在汇流排中，靠其自身的刚性保持接触线的固定位置。

2.2.2.3 接触轨式接触网