城市轨道交通直流牵引供电系统接触网残压问题研究

2021-09-26王小飞

光源与照明 2021年1期

王小飞

重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120

0 引言

1 500 V直流电源是我国常用的城市轨道交通牵引电源系统，但是在接触网运行过程中，当各方来电被隔离时，若验电器依然显示接触网有电荷现象，表示接触网存在残余电压[1]。由于对残压产生的原因尚无明确的答案，针对接触网残压问题，各地只能采取不同的措施减轻其造成的影响[2-3]。例如，为避免接触网不能供电，在直流开关柜线路测试时临时调整残压检测定值。现场检测接触网残压能有效地区分正常电压和残压，放线和挂接地线可以减少残压对检修的影响。因此，只有从根本上解决接触网的残压问题，才能为轨道交通的顺利运行提供一定的保障。文章在此基础上对残压问题进行相应的分析。

1 接触网残压现象

某轨道交通供电系统自投入运行以来，接触网的检测残余电压范围在70～700 V，每年会发生数十次残压事故，构成了重大安全隐患。接触网残压的主要影响如下。

第一，通过对接触网的直流馈线开关柜进行开关线试验，发现当接触网的残压达到300 V，送电时，如果接触网的残压超过了300 V，试验失败，开关柜就无法合闸，导致接触网无法供电，直接影响行车。

第二，在维护过程中，如果接触网络中的剩余电压超过了验电器的报警启动电压，按照安全操作规程切断电源，为避免对生产和维护造成影响，则不允许开展接挂地线的相关作业。

第三，在维护过程中，如果接触网的残余电压低于验电器的报警启动电压，验电器将显示接触网无电，当接触网处于挂地线时，设备会因打火问题而烧毁。

2 接触网系统对地绝缘电阻分布

当设备处于潮湿的环境中时，绝缘强度将降低。由于绑扎电缆之间容易积水，电阻值下降最多[4-6]。

将轨道交通1号线的1D3与1A1线的接触网分开。用2个平行排列的绝缘体n1=312个绝缘子和n2=210个绝缘子构成的对地绝缘电阻分布如图1所示。

图1 1D3和1A1区域接触网电阻分布示意图

相对于钢轨对地电阻与接触网线路电阻，接触网绝缘子绝缘电阻、分段绝缘器比差极大，接触网各绝缘子为并联关系，对地电阻关系可进行简化，如图2所示。

图2 1D3和1A1分区接触网对地电阻等效图

对图2中的接触网接地电阻等效情况进行分析后，假设对车辆段一侧进行供电并对正线一侧进行断电的情况下，串联后根据电阻分压原理将RA、RB、RC并联运行。如果存储中的电压为1 500 V，则正极接触网中的电压为1 500 V。

2.1 绝缘电阻与电压之间的关系

（1）接触网单绝缘的绝缘性能测试。要掌握接触网与地面的绝缘电阻，首先要了解绝缘元件的绝缘电阻，不同情况下接触网绝缘部件绝缘性能测试如表1所示。因此，检测不同环境下绝缘子的绝缘性能是文章研究的基础。

表1 不同情况下接触网绝缘部件的绝缘性能

分隔型1D3和1A1接触网由分段绝缘器断开，分段绝缘器两端的电导体用1 500 V电缆平行连接。

（2）接触网系统绝缘电阻推算。假设每个单独的绝缘元件具有相同的绝缘电阻，并且将1D3和1A1分区中并联的绝缘元件的数量组合在一起，可以得出以下结论：第一，

在1A1和1D3之间的绝缘电阻包括隔板本身和平行电缆的绝缘电阻，范围为10.9×103～763.9×106kΩ；1D3分区对地绝缘电阻值RC为10.2×103～8.0×106kΩ。第二，1A1分区对地绝缘电阻值RB为13.0×103～10.0×106kΩ。第三，1A1与1D3分区间绝缘电阻包含分段绝缘器自身绝缘电阻与并联电缆的绝缘电阻，其值为10.2×103～8.0×106kΩ。

（3）接触网绝缘电阻测量。基于单件试验结果，研究接触网系统的整体绝缘性能，测量方法如图3所示，测量结果如表2所示。

图3 1D3和1A1面积接触网绝缘电阻的测量方法

表2 1D3和1A1区域接触网绝缘电阻测量值

测试结果证明，第一，当正弦电压为1 500 V时，接触网络压强低于10 V，与电阻有关，虽然没有消除残余电压，但由于其绝缘电阻较低，使车体部分残余电压不明显，其绝缘电阻分别是汽车区段的149.1倍和正接触网络的17.1倍；第二，尽管有残留电压，但整个接触网的绝缘电阻都能满足直流系统的绝缘要求。

（4）绝缘电阻与电压分布仿真分析。基于表3数据可得以下结论：第一，模拟试验测得的残余电压范围为10.0～815.9 V，验证结果与轨道交通所测得的残余电压基本吻合；第二，接触网残余电压力的计算公式为1 500 V，由此可以看出，其大小由接触网绝缘电阻之间的比例关系确定。1D3、1A1分区接触网电压分布仿真如图4所示。