鄭 偉

淮安市現(xiàn)代有軌電車一號線供電系統(tǒng)分析

鄭 偉

介紹了江蘇省淮安市現(xiàn)代有軌電車一號線供電系統(tǒng)的設(shè)計要求和構(gòu)成，總結(jié)了工程經(jīng)驗，并對今后類似工程提出建議，為現(xiàn)代有軌電車的推廣及發(fā)展提供了借鑒和參考。

現(xiàn)代有軌電車；供電系統(tǒng)；分析

0 引言

隨著中國城市化進程的加快，交通擁堵、通勤時間長等城市問題逐漸受到人們的關(guān)注。作為城市公共交通重要組成部分的有軌電車以其大運量、小編組、組織運行靈活、運行成本較低等優(yōu)點越來越受到大中型城市的青睞。

淮安市現(xiàn)代有軌電車一號線是江蘇省第3條、江蘇省北部第1條建成并投入運營的現(xiàn)代有軌電車線路。線路全長約20 km，連接淮安市的淮陰、淮安2大城區(qū)，共設(shè)置23座車站。線路采用100%低地板超級電容電車，電車只在車站?？繒r通過充電架進行快速充電。超級電容電車的采用對整個有軌電車的供電系統(tǒng)提出了一系列新的要求。

本文針對該工程供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)有軌電車供電系統(tǒng)的不同點，介紹該工程的設(shè)計特點，對該工程進行經(jīng)驗總結(jié)，并提出建議，以期為今后現(xiàn)代有軌電車的推廣和發(fā)展提供一些借鑒。

1 用電負(fù)荷概述

有軌電車用電負(fù)荷包括有軌電車機車、車輛段各建筑單體用電及沿線車站用電3部分。

有軌電車機車經(jīng)充電架充電，供電電壓為DC 1 500 V。充電架分布在正線、出入場線及車輛段各功能車庫內(nèi)。機車采用超級電容作為儲能設(shè)備，其特點為充電快、電流波形陡峭、充電電流大。

車輛段各建筑用電為普通低壓配電，供電電壓為AC 380/220 V，與其他地鐵工程中車輛段相似。

沿線車站用電為普通低壓配電，供電電壓為AC 380 V。該部分用電負(fù)荷沿線路分布，其負(fù)荷特點為線性分布，分布分散，各點容量較小。

2 供電系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的幾個問題

（1）有軌電車為城市的重要公共交通工具，機車及停車場的用電負(fù)荷等級為二級；沿線車站用電負(fù)荷等級為三級。

（2）該工程位于江蘇省北部，當(dāng)?shù)匾?0 kV為主要配電電壓，經(jīng)過計算該工程負(fù)荷密度也在10 kV電壓等級可承擔(dān)的范圍內(nèi)。故該工程供電系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)電壓等級選擇10 kV較為合理。

（3）該工程機車為超級電容機車，充電電流大，在進行整流設(shè)備選型時，不僅需要考慮設(shè)備容量，還需考慮設(shè)備短時過負(fù)荷耐受能力。

（4）超級電容充電電壓為DC 1 500 V，綜合考慮供電電壓等級、負(fù)荷特性及充電電流，沿線各牽引變電所間距宜設(shè)置為1.5～2.5 km。

3 供電系統(tǒng)介紹

3.1 供配電設(shè)計方案

3.1.1 10 kV配電系統(tǒng)

考慮該工程用電負(fù)荷計算容量約為33 720 kV·A，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娫刺攸c，全線（含車輛段）設(shè)置4座10 kV開閉所為全線10座牽引降壓所配電，開閉所與牽引降壓所10 kV開關(guān)柜統(tǒng)籌考慮。每座開閉所10 kV母線采用單母線分段設(shè)置母聯(lián)開關(guān)，由地方電網(wǎng)引入2路10 kV電源，互為備用，當(dāng)一路進線故障時，閉合母聯(lián)開關(guān)，全所負(fù)荷由另一路電源供電，滿足用電負(fù)荷的供電可靠性。

3.1.2 牽引供電及直流系統(tǒng)

每座牽引變電所由同一段母線引出2路電源至2臺整流變壓器，2臺1 250 kV·A變壓器采用Dy5d0/Dy7d2接線方式，變壓等級為10 kV/1.18 kV。變壓后接至2臺1 140 kW的24脈波整流器，再經(jīng)直流開關(guān)柜分配至各車站（或車輛段內(nèi)車庫）的充電架。車站兩端與區(qū)間鐵軌間設(shè)置絕緣節(jié)，焊接回流電纜至牽引所負(fù)極柜，完成直流回流。

3.1.3 低壓配電系統(tǒng)

正線變電所引出1路400 V電源，引至車站用電負(fù)荷，各車站間采用鏈?zhǔn)焦╇姟?/p>

車輛段低壓配電是由設(shè)置于停車場兩端的10 kV牽引變電所各引1路電源至2臺低壓配電變壓器，輸出電壓為400 V，采用單母線分段的接線方式，滿足車輛段內(nèi)負(fù)荷的用電要求。配電室采用輻射式供電，一級負(fù)荷在末端進行電源雙切。

沿線車站的供電由沿線變電所低壓配電柜提供，車站負(fù)荷主要為照明、信息發(fā)布屏等，且容量較小，故2變電所間車站采用鏈?zhǔn)焦╇姟?/p>

3.2 繼電保護

3.2.1 10 kV中壓配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護

10 kV中壓開關(guān)柜設(shè)置交流快速斷路器，由地方電網(wǎng)引入的10 kV進線開關(guān)設(shè)置過電流速斷保護、過電流保護及零序電流保護。所間10 kV電纜設(shè)置電流差動保護、電流速斷保護、過電流保護及零序電流保護。

3.2.2 整流及直流系統(tǒng)繼電保護

10 kV電源線至整流變壓器斷路器間設(shè)置電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護及過負(fù)荷保護，對中壓開關(guān)柜至整流變壓器間電纜、整流變壓器及整流變壓器至整流器間短電纜進行保護。整流器設(shè)置內(nèi)部保護，整流器至直流開關(guān)柜間直流電纜使用隔離開關(guān)作為檢修斷點，但不設(shè)置保護。直流饋線斷路器設(shè)置d i/d t、ΔI、熱過負(fù)荷保護、電流速斷、過電流、大電流脫扣保護、雙邊聯(lián)跳保護及自動重合閘。另外，直流開關(guān)柜整體采用絕緣安裝，柜體統(tǒng)一接地，采用框架接地保護。

3.2.3 配電系統(tǒng)繼電保護

10 kV電源線至配電變壓器斷路器間設(shè)置電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護及過負(fù)荷保護；400 V進線開關(guān)設(shè)置大電流速斷、短延時、過負(fù)荷及接地保護的4段保護；母聯(lián)開關(guān)設(shè)置大電流速斷、短延時及過負(fù)荷保護；各饋線開關(guān)設(shè)置過負(fù)荷及電流速斷保護；對于其中某些輸電距離過長的回路，設(shè)置接地保護。

3.3 電氣測量

10 kV進線處按照當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求設(shè)置電氣測量裝置。變電所間10 kV線路設(shè)置電流測量裝置。配電變壓器10 kV饋線電纜處設(shè)置功率因數(shù)測量及有功功率測量裝置，其他位置選擇性設(shè)置電流電壓測量裝置。

3.4 雜散電流

淮安市現(xiàn)代有軌電車一期工程牽引供電系統(tǒng)是以走行軌為回流通路的直流牽引供電系統(tǒng)。由于運營環(huán)境、經(jīng)濟及其他因素限制，走行軌不可能完全與道床結(jié)構(gòu)絕緣，因此牽引回路電流不可避免地經(jīng)走行軌向道床及其他結(jié)構(gòu)泄漏產(chǎn)生雜散電流。為盡量避免和減少雜散電流對土建結(jié)構(gòu)鋼筋及地下金屬管線的腐蝕，對雜散電流采取“以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，加強監(jiān)測”的綜合防護措施。

4 與接觸網(wǎng)式有軌電車供電系統(tǒng)差異比較

因機車采用超級電容機車，負(fù)荷特性及供電方式均與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)式有軌電車不同，致使二者的供電系統(tǒng)也有一定差異，以下簡單分析二者的不同。

4.1 設(shè)備容量的選擇

超級電容機車充電時的電流比接觸網(wǎng)供電機車的啟動電流大很多，對變壓器、整流器、直流開關(guān)柜等整個直流系統(tǒng)的短時過負(fù)荷都有較嚴(yán)格的要求。工程中相關(guān)設(shè)備的選型已對該因素作了充分考慮并在技術(shù)規(guī)格書中提出了相應(yīng)要求。另外，整流系統(tǒng)整定值也需避開充電電流；因充電電流均為短時大電流，故電纜規(guī)格可按較低標(biāo)準(zhǔn)進行選擇。

4.2 負(fù)回流及軌電位系統(tǒng)

超級電容機車僅在車站?？繒r進行充電，故車站范圍以外的鋼軌可不參與負(fù)回流，大大減少了雜散電流的產(chǎn)生；軌電位監(jiān)控裝置只需監(jiān)控車站范圍的鋼軌，更有利于保障人員的安全。

5 經(jīng)驗總結(jié)及建議

由于超級電容機車在該工程之前應(yīng)用較少，筆者認(rèn)為本系統(tǒng)還有很多細(xì)節(jié)需斟酌和推敲，故在此一并提出，希望可以引起讀者的思考。

（1）有軌電車10 kV供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)類似，但需要注意因充電大電流引起的電壓閃變對電網(wǎng)的影響。其直流系統(tǒng)與傳統(tǒng)直流系統(tǒng)相似，但在設(shè)備容量選擇及保護整定值上需考慮超級電容電車的負(fù)荷特性。其配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電系統(tǒng)大致相同。

（2）正線車站用電負(fù)荷容量小，供電可靠性要求低，是否可以就地引入市政電源，以節(jié)約正線低壓電纜，值得思考。

（3）城市道路附近地下管線情況復(fù)雜，有軌電車項目對雜散電流的重視程度應(yīng)高于地鐵或輕軌。城市有軌電車的鐵軌不同于地鐵，實現(xiàn)全線絕緣安裝難度極大。對于超級電容有軌電車項目在參與回流的車站范圍段內(nèi)，鋼軌是否可進行特殊安裝，以減少雜散電流的產(chǎn)生，值得深思。

6 結(jié)語

隨著各地現(xiàn)代有軌電車的不斷發(fā)展，其將成為城市交通的重要組成部分。超級電容機車作為現(xiàn)代有軌電車中一種重要形式，無需全線掛網(wǎng)、城市景觀好的優(yōu)點也越來越被一些城市認(rèn)同。本文通過分析淮安市現(xiàn)代有軌電車一號線的超級電容有軌電車供電系統(tǒng)的特點，簡析其與傳統(tǒng)軌道交通有軌電車的不同，為超級電容有軌電車的推廣和發(fā)展積累經(jīng)驗，同時也為類似工程建設(shè)提供借鑒和參考。

[1]GB 50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50157-2013地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

The paper introduces the design requirements and composition of power supply system of line 1 of modern tramway of Huai’an city of Jiangsu province,summarizes the engineering experiences,puts forward proposals for the similar projects in the future,and provides references for promotion and development of modern tramways.

Modern tramway;power supply system;analysis

U239.3

B

1007-936X(2017)06-0065-03

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.017

鄭 偉.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，工程師。

2017-02-13