城市軌道交通系統(tǒng)架空接觸網(wǎng)電分段的設(shè)置

1、城市軌道交通系統(tǒng)架空接觸網(wǎng)電分段的設(shè)置摘 要：結(jié)合工程理論提出了城市軌道 交通 系統(tǒng)中1 500 V架空接觸網(wǎng)電分段設(shè)置存在的 問(wèn)題 ，通過(guò)對(duì)受電弓過(guò)電分段可能產(chǎn)生的拉弧問(wèn)題及對(duì)直流饋線保護(hù)的 分析 ，提出將城市軌道交通系統(tǒng)架空接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)形式的電分段設(shè)置在車(chē)站與牽引變電所同一端。關(guān)鍵詞：電分段；拉??；直流饋線保護(hù)；新思路隨著我國(guó)城市建立的快速 開(kāi)展 ，城市軌道交通并入了國(guó)民 經(jīng)濟(jì) 快速開(kāi)展的軌道。由于國(guó)內(nèi)各地城市軌道交通工程同時(shí)建立，因此各工程的設(shè)計(jì)結(jié)合了各地的詳細(xì)情況并借鑒了不同國(guó)家的技術(shù)及經(jīng)歷，形成各地城市軌道交通設(shè)計(jì)技術(shù)方案的多樣性和多種技術(shù)形式共存的場(chǎng)面，其供電系統(tǒng)也不例外。本文對(duì)

2、工程中1 500 V接觸網(wǎng)正線采用不同形式的電分段在設(shè)置中存在的問(wèn)題進(jìn)展了分析和討論，并提出一些認(rèn)識(shí)和建議。1 電分段作用及形式1.1電分段的作用電分段的作用是通過(guò)在接觸網(wǎng)中設(shè)置特殊的裝置或構(gòu)造形式將接觸網(wǎng)分隔成假設(shè)干個(gè)從構(gòu)造和電氣上互相隔離的區(qū)段。接觸網(wǎng)被電分段分隔成假設(shè)干個(gè)獨(dú)立供電分區(qū)后，可以實(shí)現(xiàn)各供電分區(qū)由相應(yīng)的牽引變電所分別供電，保證供電質(zhì)量，同時(shí)，在接觸網(wǎng)故障時(shí)將事故范圍控制在盡可能小的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平安、可靠運(yùn)營(yíng)。正線接觸網(wǎng)的電分段示意圖見(jiàn)圖1。目前 ，由于受接觸網(wǎng)形式及安裝空間的條件限制，國(guó)內(nèi)外架空接觸網(wǎng)電分段的采用形式不盡一樣，主要包括以下幾種形式。1.2.1 柔性懸掛方式的電分

3、段柔性懸掛電分段一般采用分段絕緣器方式和錨段關(guān)節(jié)形式。分段絕緣器方式一般適用于空間狹小的地下隧道，可以節(jié)省空間，但須設(shè)置專用的分段絕緣器，同時(shí)存在列車(chē)受電弓滑過(guò)電分段時(shí)，因?qū)Ь€與分段絕緣器連接處存在受力“硬點(diǎn)，容易造成受電弓離線并出現(xiàn)較為明顯的拉弧現(xiàn)象， 影響 列車(chē)的受流質(zhì)量。錨段關(guān)節(jié)形式適用于空間條件較好的地面及高架線路，由于在電分段處兩個(gè)相鄰供電分區(qū)的接觸線平行重疊，因此可以根本消除列車(chē)受電弓過(guò)電分段時(shí)的拉弧現(xiàn)象，保證了列車(chē)受流質(zhì)量。接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)形式的電分段示意圖見(jiàn)圖2a。1.2.2 剛性懸掛方式的電分段剛性懸掛通過(guò)錨段關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣分段。在錨段關(guān)節(jié)處，兩條匯流排平行重疊，重疊長(zhǎng)度一

4、般為3.6 m，程度間距為200300 mm。采用這種方式后兩個(gè)相鄰供電分區(qū)的接觸線按平行等高重疊布置，見(jiàn)圖2b，因此同柔性接觸網(wǎng)的錨段關(guān)節(jié)形式電分段的情況一樣，可以根本消除列車(chē)受電弓過(guò)電分段時(shí)的拉弧現(xiàn)象，保證了列車(chē)受流質(zhì)量。1.3 錨段關(guān)節(jié)形式電分段的設(shè)置位置分析 根據(jù)線路節(jié)能坡的設(shè)計(jì)原那么及列車(chē)靠右行駛的規(guī)定，列車(chē)惰行處一般應(yīng)為車(chē)站的列車(chē)進(jìn)站端。主要考慮的是出站列車(chē)過(guò)電分段時(shí)受電弓和接觸線不被較大的列車(chē)啟動(dòng)電流造成的電弧電流損傷。比方DC 750 V三軌形式牽引網(wǎng)大間距斷軌形式的電分段及1 500 V接觸網(wǎng)分段絕緣器形式的電分段。這兩種電分段由于自身構(gòu)造的限制均會(huì)使滑過(guò)的受電弓集電靴出現(xiàn)短

5、時(shí)離線軌，假設(shè)此時(shí)列車(chē)正在受流，拉弧情況也就無(wú)法防止。那么，對(duì)于1 500 V架空接觸網(wǎng)柔性懸掛和剛性懸掛而言，是否可以將上下行的錨段關(guān)節(jié)形式電分段均設(shè)置在與牽引變電所同一車(chē)站端呢見(jiàn)圖3方式二？下面從技術(shù)、工程施行及投資等方面進(jìn)一步分析和討論。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，將電分段設(shè)置在列車(chē)進(jìn)站端的方式雖然可以解決拉弧問(wèn)題，但也會(huì)帶來(lái)一些其他問(wèn)題：2工程施行難度大。由于城軌車(chē)站內(nèi)各種管線及數(shù)量繁多，且互相交織干擾。就專業(yè)施工組織協(xié)調(diào)的難度而言，方式一也大于方式二。2 直流饋線保護(hù) 影響 和拉弧 問(wèn)題 分析2.1 拉弧問(wèn)題的分析產(chǎn)生拉弧的前提條件是：受電弓與接觸線之間存在空氣間隙及必要的電壓降。 不難看出，列車(chē)

6、受電弓過(guò)電分段時(shí)，可能產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象的位置是在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2的弓網(wǎng)結(jié)合和別離處。如每列車(chē)按兩端各設(shè)一個(gè)受電弓考慮，列車(chē)的最大啟動(dòng)電流3 000 A，不考慮供電分區(qū)中其他列車(chē)的影響，以此電流穿越電分段并假設(shè)供電回路為電阻回路。列車(chē)受電弓均從供電分區(qū)A的接觸線上受流，每個(gè)受電弓電流為啟動(dòng)電流的一半，即1 500 A；當(dāng)列車(chē)行至節(jié)點(diǎn)1時(shí)，列車(chē)前端受電弓將由供電分區(qū)A接觸線供電轉(zhuǎn)變?yōu)橛葾、B兩區(qū)的接觸線共同供電，在轉(zhuǎn)變的瞬間，供電分區(qū)B的接觸線與受電弓存在由別離到接觸的過(guò)程。 U12=I啟動(dòng)/2單根饋線電纜單位電阻電纜 長(zhǎng)度/每回電纜根數(shù)=3 000/20.0470.1/4=1.76 V可見(jiàn)，弓網(wǎng)之間的

7、電壓差非常小，這說(shuō)明弓網(wǎng)間隙只有在極小的情況下才會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。另外，電分段采用等高重疊布線的錨段關(guān)節(jié)形式，相對(duì)分段絕緣器方式而言，徹底改善了弓網(wǎng)配合特性，防止了分段絕緣器方式的電分段中存在的接觸“硬點(diǎn)，解決了受電弓過(guò)電分段時(shí)因受力突變帶來(lái)的振蕩離線拉弧的問(wèn)題。通過(guò)在上海城市軌道三號(hào)線和廣州地鐵二號(hào)線的使用，也證實(shí)了列車(chē)在通過(guò)設(shè)置在車(chē)站出站端的錨段關(guān)節(jié)形式電分段時(shí)，弓網(wǎng)未出現(xiàn)明顯的離線拉弧現(xiàn)象。2.2 直流饋線保護(hù)影響分析當(dāng)列車(chē)啟動(dòng)通過(guò)設(shè)置在出站端的電分段時(shí)，會(huì)不會(huì)因電流的突變對(duì)繼電保護(hù)帶來(lái)影響，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)而導(dǎo)致直流饋線開(kāi)關(guān)誤跳。下面結(jié)合直流饋線保護(hù)原理作一分析。1直流饋線保護(hù)主要包括直

8、流快速開(kāi)關(guān)本體自帶的大電流脫扣保護(hù)和繼電保護(hù)裝置中的電流變化率di/dt及電流增量DI保護(hù)。 目前 國(guó)內(nèi)1 500 V牽引供電系統(tǒng)普遍采用的直流饋線保護(hù)裝置主要集中在西門(mén)子、賽雪龍和Adtranz三家，雖然三家的保護(hù)裝置在整定方式上各有不同，但原理和功能根本一樣，均是通過(guò)利用電流變化率和電流增量判斷保護(hù)是否出口。各種保護(hù)功能的整定原那么主要包括以下 內(nèi)容 ：大電流脫扣整定值應(yīng)高于相應(yīng)的最大直流饋線電流；di/dt及DI保護(hù)主要應(yīng)考慮與列車(chē)特性相配合，躲過(guò)列車(chē)的起動(dòng)電流、制動(dòng)電流、列車(chē)過(guò)電分段時(shí)的沖擊電流和饋線重合閘時(shí)的沖擊電流為原那么；di/dt及DI的保護(hù)應(yīng)躲過(guò)被保護(hù)范圍外部故障時(shí)的故障電流

9、。 從上述數(shù)值可以看出，當(dāng)列車(chē)前端受電弓通過(guò)節(jié)點(diǎn)1時(shí)，饋電電流I2的電流增量為750 A左右，即使與直流饋線最大負(fù)荷電流相加，也達(dá)不到保護(hù)定值，因此不會(huì)影響大電流脫扣保護(hù)出口的可靠性。3對(duì)di/dt及DI保護(hù)的影響。對(duì)di/dt及DI保護(hù)整定時(shí)，往往需要考慮并避讓各種正常運(yùn)行情況下出現(xiàn)的電流變化率和電流增量，如列車(chē)啟動(dòng)、制動(dòng)、列車(chē)過(guò)電分段以及直流快速開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)帶來(lái)的電流變化。I整定值一般整定為大于列車(chē)的啟動(dòng)電流，假設(shè)供電分區(qū)設(shè)置在出站端時(shí)，可將I整定值適度調(diào)大即可，由于I整定值與直流短路電流相差很大，因此對(duì)保護(hù)動(dòng)作的可靠性的影響不明顯。 實(shí)際情況如何呢？也可近似地估算前端受電弓滑過(guò)節(jié)點(diǎn)1時(shí)，

10、由供電分區(qū)A供電轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒╇姺謪^(qū)A、B共同供電所需的時(shí)間，即受電弓由與供電分區(qū)B接觸線臨界放電位置到與接觸線接觸的時(shí)間長(zhǎng)度。為便于 計(jì)算 ，假設(shè)弓網(wǎng)在接觸前的壓差U12為1.76 V，其所對(duì)應(yīng)的放電間隙不會(huì)超過(guò)1 mm；以柔性懸掛為例，根據(jù)接觸線下錨抬升角度，受電弓在弓網(wǎng)臨界放電位置與弓網(wǎng)接觸點(diǎn)的程度間隔 S1一般不超過(guò)150 mm，這里按150 mm計(jì)算；根據(jù)列車(chē)的電氣特性，列車(chē)速度為035 km/h時(shí)的加速度a一般不低于0.9 m/s2，按0.9 m/s2計(jì)算；車(chē)站長(zhǎng)度按200 m考慮，電分段設(shè)置在車(chē)站端頭；列車(chē)按A型車(chē)，6節(jié)編組，長(zhǎng)度按140 m考慮，受電弓在列車(chē)兩端的動(dòng)車(chē)上，前端受電弓

11、與電分段的間隔 S為30 m。首先，計(jì)算列車(chē)啟動(dòng)加速到電分段位置時(shí)的時(shí)間t：列車(chē)在電分段位置時(shí)的速度v：v =at = 0.98.15 = 7.34 m/s 受電弓從弓網(wǎng)臨界放電位置到弓網(wǎng)接觸點(diǎn)所需的時(shí)間t： 由于受到每次750 A電流變化總量的限制，受電弓過(guò)節(jié)點(diǎn)1時(shí)，電流I2變化所對(duì)應(yīng)的電流變化率遠(yuǎn)小于di/dt保護(hù)的150 A/ms整定值。因此，保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。對(duì)于剛性懸掛而言，后端受電弓由于節(jié)點(diǎn)外側(cè)的匯流排上翹角度比柔性懸掛大，S1更小，相應(yīng)的t值更小。因此，di/dt保護(hù)不會(huì)出口。由于電流變化總量很小，無(wú)論架空接觸網(wǎng)是柔性懸掛還是剛性懸掛，受電弓過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，電流變化率和延時(shí)時(shí)間不可能同時(shí)滿足整定要求，與上述的計(jì)算分析結(jié)果一樣，di/dt保護(hù)不會(huì)出口。3 完畢語(yǔ)通過(guò)以上分析和計(jì)算，可得出這樣的結(jié)論：不管是剛性還是柔性架空接觸網(wǎng)，其錨段關(guān)節(jié)形式的電分段設(shè)置在車(chē)站與牽引變電所的同一端，