- 相關推薦
簡談城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術論文
干線鐵路、地鐵和輕軌的牽引供電系統主要采用3種電流制：直流制、低頻單相交流制和工頻單相交流制。3種電流制各具特點，而其相對優越性往往又隨著電工基本技術的發展而有所改變。發展到今天，除了低頻單相交流制僅僅應用于德國及周邊個別國家干線鐵路外，世界各國廣泛使用直流制和工頻單相交流制，并且直流制主要用于城市地鐵和輕軌，工頻單相交流制主要用于干線鐵路，綜合自動化程度也越來越高。
以地鐵和輕軌為主要代表的城市軌道交通具有行車密度大、啟停頻繁等突出特點，其牽引供電系統采用直流制的主要優點是接觸網無分相、列車運行順暢，缺點是存在迷流（雜散電流）并產生長期不良影響。迷流的防護措施復雜，代價大，效果有限，可謂防不勝防。
除了歐洲和蘇聯部分干線鐵路保有直流制外，20世紀60年代后新建的干線鐵路，特別是高速、重載鐵路，無一例外都采用工頻單相交流制，優點是供電能力強，建設費用低，能滿足大運量需求，不存在直流制那樣的迷流，再生制動電能可以得到直接、高效利用；缺點是為減小負序影響須換相接入公用電網而產生分相，對列車供電造成斷點，故隨著列車提速，往往需要采取專門的自動過分相措施，另一個缺點是牽引負荷的諧波電流會在鄰近通信線中產生電磁干擾，但隨著通信的光纜化，干擾防護已不成問題。
1電纜牽引網
本文提出用于城市軌道交通的一種工頻單相交流牽引供電系統，它由主變電所（MSS）和電纜牽引網（CTN）組成。電纜牽引網包括雙芯電纜（DCC）、牽引變壓器（TT）和接觸網（OCS）、鋼軌（R）等。
雙芯電纜由供電芯線（FC）、回流芯線（RC）、保護層（PL）等組成，也可以用同軸電纜（CC）；牽引變壓器為單相接線；雙芯電纜和接觸網平行架設；牽引變壓器原邊繞組并接于雙芯電纜的供電芯線和回流芯線之間，牽引變壓器次邊繞組并接于接觸網和鋼軌之間，牽引變壓器按一定間隔沿雙芯電纜和接觸網分布；通過相鄰的牽引變壓器把雙芯電纜的供電芯線與接觸網并聯，把回流芯線與鋼軌并聯；列車在接觸網與鋼軌之間受電。
2牽引網分段供電、狀態辨識與保護
如上所述，電纜牽引網具有輸電能力強、輸電距離長的特點，但結構復雜，特別是上、下行牽引網及備用電纜并聯運行時的結構更為復雜，為避免一處發生故障導致系統故障從而降低系統可靠性和可用度，聯系到高速鐵路的全并聯AT供電系統分段供電與測控方法的分析和試驗研究成果，分段供電對及時切除故障，限制故障在最小范圍進而把故障影響降低到最低程度是非常有效的。
電纜和接觸網可分別分段，亦可集中于一處分段，為方便起見，集中分段宜設在牽引變壓器處并設置為牽引變電所（SS，簡稱牽引所）。牽引所i包括35kV電纜進線與主結線、牽引變壓器、牽引母線、饋線、饋線斷路器Ki、分饋線及其斷路器等，牽引所i出口應就近設置接觸網分段器Si，Si串接在接觸網中，能使列車不間斷帶電通過。因此，牽引所i還包括與Si并聯的分饋線斷路器Ki1、Ki2及其電流互感器（測量電流分別記為Ii1和Ii2），以及連接于Si處的電壓互感器（測量接觸網電壓記為Ui）。
3主變電所供電方案
主變電所的供電方案取決于所供電的地鐵、輕軌線路的數目及其相對位置。
3。11條線路情形
如果僅給一條線路供電，主變電所盡可能選址于靠近線路中間的位置，向這條線路雙側的牽引網供電，主變電所供電方案如圖5所示。受條件所限時，主變電所可能設置于線路一端，即采用單側供電，見圖1。其中主變電所采用單相主牽引變壓器（MTT）和負序補償裝置（NCD）組合供電，對負序進行集中治理，如圖6所示，還包括用于動力、照明供電的電力變壓器等（圖中未畫出，下同）。負序補償裝置由高壓匹配變壓器（HMT）、交直交變流器（ADA）、牽引匹配變壓器（TMT）等構成。向雙側供電可以比單側供電延長1倍供電長度，而供電長度相同時，向雙側供電更節約電纜材料，其牽引網的電能損失也更低。
需要說明的是，這里的負序補償廣義上應為對稱補償。依文獻所述，對稱補償是包括負序補償和無功補償的三相—單相對稱變換，由于所使用的交直交列車的功率因數接近1，無功補償的目標已經達到，負序補償成為主體，故稱負序補償。從構成和原理上講，這里的負序補償裝置與干線鐵路的同相補償裝置是一樣的，主要靠傳遞有功功率來補償負序，如果需要的話，其裝置端口可同樣具有補償無功、濾除諧波的功能。
3。22條線路情形
如果一個主變電所供兩條線路的牽引用電，由于每條線路相互獨立，所用列車互不交叉，為了降低負序影響，可以像干線鐵路那樣采用三相—兩相平衡接線牽引變壓器。但考慮到可擴展性和負序的動態補償，在圖6基礎上進行組合最為方便，為了降低負序影響和減少負序補償裝置容量及成本，選擇兩條線路由3相中的2相供電。
圖8中，主牽引變壓器MTTAB原邊接入公用電網A相與B相，即取線電壓UAB，次邊饋線Fab給一條線路供電；主牽引變壓器MTTBC原邊接入公用電網B相與C相，即取線電壓UBC，次邊饋線Fbc給另一條線路供電；用YNd11三相高壓匹配變壓器HMT連接兩套負序補償裝置，其中負序補償裝置ADAa與主牽引變壓器MTTBC、饋線Fbc為一組，負序補償裝置ADAc與主牽引變壓器MTTAB、饋線Fab為另一組。
3。33條線路情形
為了最大限度降低負序影響，減少負序補償裝置容量和成本，顯然3條線路應由3個不同的線電壓分別供電。圖9中，主牽引變壓器MTTAB原邊接入電網A相與B相，次邊饋線Fab供出第1條線路，主牽引變壓器MTTBC原邊接入電網B相與C相，次邊饋線Fbc供出第2條線路，主牽引變壓器MTTCA原邊接入電網C相與A相，次邊饋線Fca供出第3條線路，用YNd11三相高壓匹配變壓器HMT連接3套負序補償裝置，其中負序補償裝置ADAa與MTTBC、Fab為第1組，負序補償裝置ADAb與MTTCA、Fca為第2組，負序補償裝置ADAc與MTTAB、Fab為第3組。
4系統的經濟性、可靠性
本文提出的交流牽引供電系統（簡稱交流系統）的可靠性、經濟性及技術性能的優劣可以與現行的直流牽引供電系統（簡稱直流系統）比較得到。
（1）經濟性
直流系統中牽引供電與動力照明合用35kV電纜，交流系統中分開使用電纜，不會增加太多費用；交流系統可以省去地鐵沿線的迷流防護裝置和各個牽引所的整流機組及直流開關，省去昂貴的儲能裝置或再生電能反饋裝置，使地鐵的地下設備得以簡化，占地減少；交、直兩個系統的綜合自動化裝置規模與費用相當；交流系統要增加主變電所的負序補償裝置，使用的交直交列車成本高于現行直交列車�？傊�，交流系統一次性成本可能接近直流系統，而交流系統的主變電所安裝容量大大低于各個牽引所容量總和，可以節約電力資源和基本電費，同時再生電能可以得到直接、高效利用，進一步節約電度電費，這都有利于經濟運行并符合節能減排基本國策。
�。�2）可靠性
交流系統省去了直流系統各個牽引所的整流機組，減少了串聯元件，有利于提高系統可靠性；交流斷路器（開關）比直流斷路器便宜、可靠、耐用；分段供電與狀態辨識及保護技術適用于任意復雜的供電系統，對提高系統可靠性作用顯著。負序補償裝置也有合理的備用，其自身可靠性接近主變電所的主牽引變壓器，即使負序補償裝置全部短時退出，牽引變壓器仍可利用其過負荷能力正常工作，不影響正常供電�？傊涣飨到y可靠性更高。
（3）適用性
建立在分段供電、狀態辨識與保護技術之上的綜合自動化系統能更方便地改變牽引供電系統的運行方式，日常維護、維修更靈活、方便。
采用交流系統供電的城市軌道交通，由于兩條及以上線路可以共用一座主變電所，因此一條線路最多只設一座主變電所，采用集中式供電，與電網的接口大大減少，便于日常管理。
5結束語
本文提出并討論的交流牽引供電系統有以下突出特點：
�。�1）采用交流制可以避免直流制的迷流；
�。�2）采用工頻交流制直接接入公用電網可以獲得經濟、可靠、強大的電源；
�。�3）采用電纜可以滿足長距離、大容量、無分相供電的要求；
�。�4）采用交直交傳動和交流牽引電機驅動的列車可以實現更好的牽引性能和再生電能直接利用。這些特點夯實了本系統在地鐵、輕軌等城市軌道交通中的應用基礎。
文章分析了該系統方案的一些關鍵技術，其主要工作與結論有：
�。�1）闡述了電纜牽引網的構成、原理、等效電路和輸電能力，35kV電纜與接觸網的匹配技術，接觸網電壓等級選擇等。電纜牽引網可以滿足任意一條地鐵、輕軌線路供電容量和供電距離的需求。
�。�2）討論了牽引網分段供電技術，重點分析了接觸網的分段以及狀態辨識與保護方法。牽引網分段供電技術可以靈活改變、調度牽引網運行與維修方式，及時發現并切除故障，把故障及其影響限制在最小范圍，大大提高系統可靠性。
�。�3）除了1條線路供電方案外，還給出了包括2條及以上線路共用1座主變電所的供電方案和負序補償裝置最小容量計算方法，使主變電所供電方案達到最優化。
總之，該系統技術性能優良，經濟性好，可靠性高，為地鐵、輕軌為代表的城市軌道交通提供了新的、更好的選擇，值得展開更加深入、細致的研究。
【簡談城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術論文】相關文章：
大數據對信息系統審計的影響及其關鍵技術論文（通用10篇）06-14
談ADSL技術及其應用12-04
有關城市軌道交通的論文12-06
談設計色彩及其表現方法03-20
談大豆主要蟲害及其防治03-18
談歷史軌跡及其哲學思考02-21
簡談基于局域網環境的飛機工程更改管理研究及應用論文12-02
談如何修改論文03-18
談從極簡主義到新中式風格03-13