李國(guó)勝，尹魁元

0 引言

城市軌道交通在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，北京、上海、廣州等一線城市軌道交通運(yùn)行模式已初具規(guī)模，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口的不斷增加，未來城市軌道交通除需發(fā)展新建線路外，既有線路擴(kuò)能改造工程將會(huì)越來越多。

大連快軌3號(hào)線日均客流量已突破15萬，且規(guī)劃中與之接軌的大連金普線與大連 3號(hào)線延伸線項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)，未來3號(hào)線運(yùn)力需求與供給矛盾將繼續(xù)加大，需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)能改造建設(shè)。供電系統(tǒng)是擴(kuò)能改造一個(gè)重要部分，通過對(duì)供電能力和既有設(shè)備詳細(xì)分析，研究、制定合理的供電系統(tǒng)擴(kuò)能改造方案對(duì)整個(gè)擴(kuò)能改造工程具有重要意義。同時(shí)，對(duì)既有線路擴(kuò)能改造工程的深入研究也可以為新建城軌工程提供一定的參考。

1 既有線路情況

大連快軌 3號(hào)線為大連市軌道交通路網(wǎng)中主骨架線路，起于大連火車站，止于金石灘站，全長(zhǎng)48.882 km，2004年通車運(yùn)行。

該線供電系統(tǒng)采用分散供電方式，全線進(jìn)線電源是從后一路為前一路的備用電源，整個(gè)外部電源構(gòu)成“手拉手”運(yùn)行方式。共設(shè)牽引變電所12座，其中正線11座，車輛段1座，正線牽引變電所除1座設(shè)于區(qū)間外，其余牽引所均與降壓變電所合建為牽引降壓混合變電所。接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛方式。既有接觸網(wǎng)導(dǎo)線配置情況見表1。

表1 既有接觸網(wǎng)導(dǎo)線配置表

2 牽引供電計(jì)算

首先核實(shí)既有線路的供電能力，牽引供電計(jì)算先按改造后列車運(yùn)行方式對(duì)既有 3號(hào)線供電設(shè)施能力進(jìn)行校驗(yàn)，通過計(jì)算得出供電能力薄弱環(huán)節(jié)，然后針對(duì)薄弱點(diǎn)對(duì)改造范圍內(nèi)供電設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，最后按照最新的供電設(shè)施布置方案對(duì)其能力重新校驗(yàn)。

2.1 計(jì)算參數(shù)

（1）車輛選擇。采用B型車，3輛動(dòng)車2輛拖車，5輛編組，軸功率按180 kW考慮，列車最高運(yùn)行速度為100 km/h。

（2）行車組織。采用大小交路結(jié)合方案，近期、遠(yuǎn)期行車對(duì)數(shù)如圖1所示。

圖1 近期、遠(yuǎn)期列車交路圖

（3）線路資料。按照既有線路平面圖，既有線路縱斷面圖進(jìn)行計(jì)算。

2.2 牽引供電計(jì)算結(jié)果

牽引變電所總功率按正常雙邊供電計(jì)算；當(dāng)有牽引所故障解列時(shí)按大雙邊供電計(jì)算。單邊供電列車啟動(dòng)時(shí)最大電壓損失在供電區(qū)的終點(diǎn)；雙邊供電啟動(dòng)時(shí)最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的中點(diǎn)。考慮線損，分別求得既有牽引所正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的牽引網(wǎng)網(wǎng)壓。既有方案供電計(jì)算結(jié)果如表2和表3所示。

表2 既有方案正常狀態(tài)下供電計(jì)算結(jié)果表

表3 既有方案故障狀態(tài)下供電計(jì)算結(jié)果表

由表2、表3的計(jì)算結(jié)果可以看出，既有牽引變電所分布方案難以適應(yīng)改造后的列車運(yùn)行要求，大連灣牽引所解列大雙邊供電區(qū)間10.135 km，牽引網(wǎng)最低網(wǎng)壓954 V，保稅區(qū)牽引所解列大雙邊供電區(qū)間11.502 km，最低網(wǎng)壓931 V，不能滿足接觸網(wǎng)最低網(wǎng)壓1000 V的要求。

擴(kuò)能改造工程考慮針對(duì)上述供電能力不足區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，解決牽引網(wǎng)電壓不能滿足要求的問題。供電設(shè)施增補(bǔ)如下：

（1）新增牽引變電所2座，引入10 kV外部電源進(jìn)線2路，其中1座為區(qū)間牽引變電所（A所），位于大連灣—后鹽區(qū)間，另1座位于開發(fā)區(qū)站。

（2）火車站至保稅區(qū)區(qū)段接觸網(wǎng)上下行各并聯(lián)截面150 mm2銅絞線1根。

改造方案供電計(jì)算結(jié)果如表4、表5所示。

表4 改造方案正常狀態(tài)下供電計(jì)算結(jié)果表

表5 改造方案故障狀態(tài)下供電計(jì)算結(jié)果表

供電系統(tǒng)改造后，由表4、表5可知，改造后所有區(qū)段大雙邊供電網(wǎng)壓均高于1000 V，滿足要求。供電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)后可以解決既有方案存在的供電能力不足的問題，且留有一定余量，保證改造工程具有較好的遠(yuǎn)期適應(yīng)性。

3 具體改造方案研究

3.1 供電系統(tǒng)改造思路

供電系統(tǒng)擴(kuò)能改造的原則是僅加強(qiáng)局部能力不足地段，盡量減少對(duì)既有供電設(shè)施的改變，維持既有運(yùn)行管理方式且方便施工。

3.2 牽引供電系統(tǒng)改造方案

新建變電所中壓環(huán)網(wǎng)電纜采用“破口”接入保稅區(qū)—開發(fā)區(qū)、大連灣—后鹽區(qū)間中壓網(wǎng)絡(luò)。其中對(duì)既有的保稅區(qū)—開發(fā)區(qū)、大連灣—后鹽區(qū)間10 kV中壓環(huán)網(wǎng)電纜、聯(lián)跳電纜及所間閉鎖電纜利舊，對(duì)區(qū)間電纜在新建變電所位置附近“破口”，設(shè)置電纜中間接頭延長(zhǎng)至新建變電所。

新建變電所主接線及運(yùn)行方式保持和既有線一致，交流10 kV側(cè)接線采用單母線分段型式，2段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。10 kV每段母線各設(shè)一組電壓互感器和避雷器，用于母線電壓測(cè)量、母聯(lián)斷路器檢壓自投及過電壓保護(hù)用。直流1500 V母線采用單母線接線型式。整流器正極通過電動(dòng)隔離開關(guān)與直流1500 V母線相連，負(fù)極通過手動(dòng)隔離開關(guān)與負(fù)極柜中的負(fù)母排連接。整流器出口端正、負(fù)母線間以及1500 V正、負(fù)母線對(duì)地間各設(shè)置1臺(tái)避雷器作過電壓保護(hù)用。

3.3 接觸網(wǎng)改造方案

（1）對(duì)于因線路、橋梁、車站建筑結(jié)構(gòu)等改造引起的接觸網(wǎng)改造，均按照既有線路標(biāo)準(zhǔn)改造，采取對(duì)既有線影響最小的方案。

（2）新增牽引所接觸網(wǎng)改造方案。由于增加牽引所，接觸網(wǎng)需要在新增牽引所附近增加接觸網(wǎng)電分段，若按照既有線路標(biāo)準(zhǔn)改造，需在既有線路上增加絕緣關(guān)節(jié)，對(duì)接觸網(wǎng)影響較大，本著對(duì)既有線影響改動(dòng)最小的原則，采用在接觸網(wǎng)上增加分段絕緣器方式來實(shí)現(xiàn)電分段。

（3）增加接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面接觸網(wǎng)改造方案。由于供電方案的變化，接觸網(wǎng)需要增加導(dǎo)線截面，可以采用下述方式：

a.接觸線由 1×CTAH-120型變?yōu)?2×CTAH-150型，該方案需要更換接觸網(wǎng)定位環(huán)和吊弦、增加定位管、定位器以及接觸網(wǎng)與輔助饋線的電連接等，接觸網(wǎng)改動(dòng)最大，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響最大。

b.承力索由1×JT-150型變?yōu)?×JT-150型，該方案需要更換吊弦、增加接觸網(wǎng)與輔助饋線的電連接等，與方案a相比接觸網(wǎng)改動(dòng)和對(duì)運(yùn)營(yíng)影響都較小。

c.輔助饋線由2×JT-150型變?yōu)?×JT-150型，對(duì)于新增加的1根饋線有2種安裝方式：一是采用三線線夾，把新增饋線與既有 2根饋線安裝在一起，該方案需要更換饋線線夾、新增饋線并聯(lián)線夾、增加接觸網(wǎng)與輔助饋線的電連接等，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響較??；二是新增饋線采用單獨(dú)的饋線線夾和饋線底座安裝，該方案需要增加饋線線夾、饋線底座、饋線絕緣子以及接觸網(wǎng)與輔助饋線的電連接等，該方案對(duì)接觸網(wǎng)既有線運(yùn)營(yíng)影響最小。

通過以上分析，對(duì)于新增饋線，采用增加1根輔助饋線、新增單獨(dú)饋線底座和線夾的安裝方式。

（4）新增車庫(kù)接觸網(wǎng)改造方案。在新增車庫(kù)范圍內(nèi)根據(jù)工藝要求架設(shè)接觸網(wǎng)，其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與既有車庫(kù)的接觸網(wǎng)保持一致，新增接觸網(wǎng)與既有車庫(kù)接觸網(wǎng)通過接觸網(wǎng)上分段絕緣器進(jìn)行電氣分段，并設(shè)置網(wǎng)上聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

4 結(jié)論與建議

在牽引供電計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析了擴(kuò)能改造工程中需要補(bǔ)強(qiáng)的供電設(shè)施內(nèi)容，通過比選給出了牽引變電所和接觸網(wǎng)具體、可行的改造方案，希望能為國(guó)內(nèi)城軌供電系統(tǒng)的同行提供一定參考。新建城市軌道交通工程時(shí)土建工程應(yīng)考慮為遠(yuǎn)期擴(kuò)能預(yù)留接口條件；如地上段接觸網(wǎng)支柱、基礎(chǔ)容量在設(shè)計(jì)時(shí)要留有余量；地面車站，當(dāng)接觸網(wǎng)利用房建結(jié)構(gòu)懸掛吊柱時(shí)，除考慮正常懸掛的吊柱載荷外，需考慮擴(kuò)能時(shí)增加饋線所增加的載荷以及安裝空間。

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