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城市轨道交通架空接触网防冰冻系统技术研究

2018-04-26李汉卿吴爱艳肖立君

电气化铁道 2018年2期
关键词:冰冻接触网导体

李汉卿,吴爱艳,肖立君,沈 菊



城市轨道交通架空接触网防冰冻系统技术研究

李汉卿,吴爱艳,肖立君,沈 菊

针对城市轨道交通架空接触网低温条件下出现的问题,结合城市轨道交通的运行特点,依托工程实际,通过理论计算和分析,提出了一种接触网防冰冻系统主要思路及工作原理,该系统简单有效,切实可行,对工程实施具有一定的推广和应用价值。

城市轨道交通;接触网;防冰冻系统

0 引言

2016年11月21日,天津津滨轻轨受低温雨雪天气影响,接触线金属表面附着大量因冻雨形成的冰凌,造成列车受电弓与接触网间严重打火,列车辅助供电系统保护装置动作,导致正线多列运营列车无法正常运行。据统计,21日全天因雨雪天气造成十列列车出现中途停车,大量乘客滞留,社会影响较大。近几年来,国内多条城市轨道交通地面或高架线路接触网曾遭受冰冻的危害,严重影响了列车的正常运行。因此,针对城市轨道交通供电系统直流供电制式的特点及牵引网系统组成,提出相应的接触网防冰冻系统方案,对于城市轨道交通架空接触网安全及可靠运营具有重要意义。

1 城市轨道交通的运营特点

城市轨道交通按运营时间段划分,可分为白天正常运营模式(5:00~23:30)和夜间停运模式(23:30~次日5:00)。

城市轨道交通白天正常运营时,接触网带电运行,夜间停运模式时,接触网不带电,为设备固定垂直维修天窗时段。

城市轨道交通在白天正常运营时,由于接触网电流的作用,接触网出现覆冰的几率很小。夜间停运时,由于接触网不带电,在极端气候条件下接触网出现覆冰几率明显加大。

2 接触网防冰冻系统相关仿真计算

根据既有研究成果,接触线在环境温度、湿度、和风速相互作用下,达到一定条件时就会产生冰冻现象。为了防止接触线出现冰冻,解决思路是打破接触线产生冰冻的条件。在温度、湿度及风速3个条件中,人为易实现的操作措施是改变接触线温度。城市轨道交通接触网是牵引供电系统向列车授流的导体,因此,可以利用电流加热方式增加接触线温度。

通过接触线的电流应既能起到防冰冻的作用,又不能损害牵引网系统本身,不能对牵引网正常运行和寿命产生任何负面影响。

城市轨道交通地上接触网一般配置为双接触线+双承力索,以天津津滨轻轨为例,其接触网组成为2×CTA120(接触线)+2×JT150(承力索)。依据Morgan公式,对单根接触线电流进行计算,计算结果见表1。

接触线和承力索在电气上为并联关系,两者在接触网中流通电流的分配与电阻成反比。为使每根导体均达到指定温度,接触网通入电流按满足达到该温度各导体所需最小电流取值。表2给出了各导体保持在指定温度时,接触网需通入电流的大小。

根据表2数据显示,接触网保持5℃时,接触网内流通的电流为1 381 A,接触网防冰冻系统的额定电流可按1 500 A考虑。

表1 单根接触线保持不同温度所需电流 A

表2 接触网保持不同温度所需电流 A

3 接触网发热功率和电能损耗

3.1 发热功率(导体温度为5℃时)

一行接触网的交流电阻为3.18×10-5W/m,接触网保持电流为1 381 A时的单位发热功率约为60.8 W/m。

2根接触线的并联交流电阻为6.93×10-5W/m,接触线保持电流为630 A时的单位发热功率约为27.6 W/m。

根据天津津滨轻轨牵引供电系统配置(DC 1 500 V系统、2×3 000 kW整流机组),按上述条件计算防冰冻装置容量配置约为2.1 MW,可覆盖最大保护距离约34 km,折合正线长度约17 km。

3.2 电能损耗(导体温度为5℃)

一行接触网每小时电能损耗为60.8 kW·h/km。

4 防冰冻系统的设计思路及工作原理

4.1 接触网防冰冻系统的主要设计思路

接触网防冰冻系统主要设计思路是运营人员根据收集到的气象信息,综合判断接触网是否存在覆冰的可能以及是否需要投入防冰冻系统。若需要,则按照一定的操作程序将接触网防冰冻系统接入,使接触网导线中通过一定电流,以防止接触网覆冰,同时接触网防冰冻系统的保护系统相应投入。运行一定时间后,再经一定的操作程序退出接触网防冰冻系统,恢复接触网正常供电模式。

4.2 接触网防冰冻系统的主要工作原理

结合城市轨道交通的运营特点及接触网供电系统特点,接触网防冰冻系统的主要工作原理是在接触网停电情况下,一般为夜间垂直天窗时段,将接触网上、下行的接触线作为防冰冻电流通路,利用在变电所设置的防冰冻直流正馈线回路和负回流回路实现防冰冻电流的馈出和返回,通过投入防冰冻装置使接触网上下行连通,从而构成完整的接触网防冰冻系统的电流通路。接触网防冰冻系统回路方案如图1所示。

图1 接触网防冰冻系统的回路方案

当需要投入接触网防冰冻系统时,先打开原变电所内直流正馈线的断路器和隔离开关,再闭合非挂接防冰冻系统装置的牵引变电所内的越区隔离开关(挂接防冰冻系统装置的牵引变电所内的越区隔离开关打开),最后投入防冰冻系统装置,使接触网上下行连通,并通过一定电流,电流流通使接触网发热以防止产生冰冻。

5 结语

城市轨道交通架空接触网防冰冻系统接线及设备配置简单、可靠易实施,是一套切实可行、简单有效的技术方案。该防冰冻系统在城市轨道交通工程中具有一定应用推广价值和借鉴指导意义。

[1] 李汉卿. 一种针对客运专线的接触网防冰冻实施方案[J]. 电气化铁道,2010(4):7-9.

[2] 马国栋. 铁道电气化用牵引网悬挂导线载流量计算[J].电线电缆,1989(2):40-43.

[3] 韩晓燕,黄新波,赵小惠,等. 输电线路摩尔根载流简化公式的初步研究[J]. 电力系统及其自动化学报,2009,21(5):92-96.

With respect to problems occurred on the overhead contact line system for urban rail transit under conditions of low temperature, with consideration of its operation characteristics, by means of practical engineering based theoretical calculation and analysis, the paper proposes main thoughts and working principles of a new type of OCS anti-icing and anti-freezing system, which is simple, practical, and worth for promotion and application in the engineering implementation.

Urban rail transit; OCS; anti-icing/freezing system

U231.8

B

1007-936X(2018)02-0053-02

2018-01-22

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.014

李汉卿.天津中铁电气化设计研究院有限公司,教授级高级工程师;吴爱艳,沈 菊.天津中铁电气化设计研究院有限公司,高级工程师;肖立君.天津中铁电气化设计研究院有限公司,工程师。

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