城轨交通供电系统牵引变电所直流主接线

电气化铁道 2004年第4期

城轨交通供电系统牵引变电所直流主接线

白雪莲

摘 要：根据城轨交通牵引供电系统主接线方式的工程设计及运营经验，结合国内外直流快速开关设备的技术

发展潮流，对国内常用的2种直流牵引系统典型接线方式从技术可靠性、运行灵活性及工程投资经济性3方面进行了对比分析，提出了城轨交通直流牵引供电系统主接线的建议方案。

关键词：城轨交通；牵引供电系统；直流主接线

Abstract: On basis of project design of main wiring of traction power supply system of urban mass transit and

operational experiences, with reference of technology developing tendency of DC fast switching equipment from home and abroad, compares two typical wiring modes for DC traction supply system in three aspects: technical reliability, flexible operation and economical project investment, and brings up the proposals and plan for main wiring of DC traction power supply system of urban mass transit.

Key words: urban mass transit; traction power supply system; DC main wiring 中图分类号：U224.2+3　　　　　　　　　　　　　文献标识码：B 　　　　　　　　　　　　　　文章编号：1007-936X （2004）04-0040-03　

1 直流主接线形式

城轨交通供电系统牵引变电所的主接线是牵引变电所设计的首要部分，主要包括中压交流接线和牵引直流接线2部分，其中牵引直流接线是直接向牵引网供电的电气主回路，是构成城轨交通供电系统的重要环节。该部分接线方式的确定对城轨交通供电系统、牵引变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方式。

根据城轨交通牵引负荷的特点和国内外运营经验，其牵引变电所主接线的直流部分，一般采用单母线接线的形式，其中直流断路器的备用形式分为2种。

（1）第1种方式是将备用断路器挂接在直流母线上（增加备用母线），示意图见图1（以下简称方式一）。

（2）第2种方式是直流单母线（备用移动小车），示意图见图2（以下简称方式二）。

作者简介：白雪莲．中铁电气化勘测设计研究院，工程师，北京100038，电话：010-63964120。

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图中隔离开关均为电动隔离开关

图2 移动备用断路器小车方式主接线方式示意图

图中隔离开关均为电动隔离开关

图1 固定备用断路器方法主接线方式示意图

2种接线形式在国内外城轨交通供电系统中的应用都很广泛。其中方式一主要应用于我国城轨交

城轨交通供电系统牵引变电所直流主接线 白雪莲 2004年第4期

通开通最早的北京。方式二则应用于20世纪80年代末、90年代初兴建城轨交通的广州、上海等地。

2种接线方式的灵活性进行分析。 2．2．1 满足系统调度要求

系统调度要求，即系统在正常状态、事故状态、检修状态下的供电要求，并通过调度可以灵活地实现各种运行方式的转换。 2．2．2 2种接线运行方式分析

（1）正常状态。在正常状态下，2种方式均可通过直流断路器向牵引网提供直流电源。

（2）事故状态。事故状态分为断路器故障、牵引网或直流电缆故障、接地故障。

a ．在断路器故障时，采用方式一可通过倒闸作业，退出故障断路器，并投入备用断路器。而采用方式二，检修人员可用备用断路器小车替换故障断路器。

b ．牵引网或直流电缆故障。在直流电缆故障时，上述2种方式均可使相应馈线的断路器跳闸，通过牵引网越区隔离开关的倒闸作业，由相邻的馈线回路向停电的牵引网提供电源；在牵引网过负荷或短路故障时，2种方式均通过相应馈线的断路器经过判断后跳闸，使故障段退出运行。

c ．接地故障。当直流设备发生碰壳故障时（变电所所有直流设备），框架保护装置启动，故障变电所退出运行，由临近变电所实现双边（或单边）供电。

（3）设备检修状态。电气设备的维护检修工作一般安排在系统每日停运以后。直流断路器、隔离开关、母线及继电保护设备的安全检修不会影响牵引供电系统的供电需求。 2．2．3 有扩建的可能性

上述2种直流母线接线形式均为单母线形式，只是断路器的备用形式不同，因此在系统扩建时，变电所改建的工作量基本相同。

从以上分析可以看出，2种接线方式在系统运行中的灵活性相差无几，均可满足系统运行的需要，唯一的差别在于备用断路器投入方式不同。 2．3 经济性比较

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

2．3．1 经济合理的具体要求

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2 2种直流主接线形式比较

2．1 可靠性比较

（1）直流主接线应重视国内外长期运行的实践经验及可靠性的定性分析。可靠性的衡量标准是运行实践。可靠性的定量分析由于数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前仅作为参考。

方式一是最早被用于城轨交通牵引变电所直流母线的接线方式之一，用于我国20世纪60年代中期建造的第一条城轨交通线——北京地铁一号线。由于当时采用的是前苏联的固定式直流设备，所以采用此种直流主接线方式，应该说是比较好的选择。该方式在前苏联及东欧一些国家的城轨交通的牵引供电中得到广泛的应用，实践证明其运行可靠。

方式二是近年来被广泛用于城轨交通牵引变电所直流母线的接线方式，随着国外城轨交通的发展，直流设备的制造工艺和制造水平有了很大的提高，成套的移动式设备取代了固定设备。该接线形式在德国、法国等西欧国家的城轨交通牵引供电中得到了广泛的应用。我国20世纪80年代末、90年代初修建的广州地铁一号线、上海地铁一、二号线都采用此种简捷可靠的直流主接线方式。国内外的运行实践经验也很丰富。

2种接线方式都经历了实践的考验，因此均为城轨交通牵引供电系统直流接线的标准形式。

（2）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备（包括一次设备和二次设备）的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。随着城轨交通建设市场的规范化，通过设计招标、设备招标和工程招标等环节的控制，无论采用何种接线形式，都完全可以采购到可靠性高、价格合理的直流设备。

由以上分析可知，2种直流母线的接线形式都可以满足城轨交通牵引供电系统可靠性的要求。 2．2 灵活性比较

主接线的灵活性主要满足系统调度要求，电气设备检修方便，有扩建的可能性。从以下几方面对

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经济合理的具体要求如下：

（1）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、分流器、避雷器等一次设备。

（2）继电保护和二次回路不要过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。

（3）要选择能限制短路电流，相对廉价的电气设备。

2．3．2 2种接线方式的经济比较

2种接线方式的经济比较见表1。

表1 2种接线方式的经济比较 项目 接线方式一 接线方式二

接线形式 较复杂 简单 继电保护及二次回路 较复杂 简单 单台断路器柜

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投资/万元 牵引变电所 方式二比方式一减少一次性投直流部分投资 资约120万元 注：表中直流断路器采用目前在城轨交通领域中被广泛应用的小车式直流断路器柜；投资币种为人民币。

3 结论

方式一的优点是断路器和隔离开关均采用电动操动机构，因此，当一台断路器发生故障时，通过远方调度的倒闸作业，将备用断路器投入运行，故障断路器退出运行，不必等到检修人员到现场，即可完成倒闸作业，在一定程度上减少了设备故障影响运营的时间；而其缺点是接线形式复杂，一次电气设备较多，继电保护相对复杂，工程一次性设备投资高。

方式二的优点是接线形式简单，一次性设备投资较低；缺点是故障断路器的倒闸操作，需要检修人员到现场后方能完成。

综上所述，结论如下：接线方式一和接线方式二在可靠性、灵活性方面基本相同，而接线方式一的工程一次性投资明显高于方式二，因此，在今后的城轨交通直流主接线的设计中，建议尽量采用简洁、可靠、投资少的接线方式二。

收稿日期：2004-02-17

重庆单轨交通多开道岔在联锁设计中的逻辑处理

重庆轻轨较新线引进日本的跨座式单轨交通方式，单轨道岔与通常的钢轨道岔有很大的不同，单轨道岔由4～5节箱型钢梁连接组成，以道岔钢梁整体移动的方法构成单轨列车的运行进路；单轨道岔除了采用单开和单渡线道岔外，还采用三开、五开道岔。

对于联锁系统，设计时通常将钢轨道岔的状态设为定位和反位2种状态，在逻辑处理上则对应为二元逻辑；而对于单轨的三开、五开道岔来说，有三个和五个状态，这就与二元逻辑失去了对应关系，需要寻求新的解决办法。

l 2 l 1 4 n 21r 2r 1

图1 单轨五开道岔示意图

在单轨交通信号列控技术的引进过程中，通过对日本单轨信号的联锁技术吸收与消化，将日本单轨继电联锁的设计思想引入到我国的计算机联锁之中。其设计思路是通过分解变换，回归二元逻辑，解决多个状态的问题。现以五开道岔为例介绍多开道岔在联锁设计中的数学模型。图1为单轨五开道岔示意图，图2是五开道岔的数学模型。 从图1、图2的对比中可以看出： 42

L 2＝l 2；L 1＝n 2＋l 1；N ＝n 2＋n 1＋n 3＋n 4；R 1＝n 2＋n 1

＋n 3＋r 1；R 2＝n 2＋n 1＋r 2。

L 左二位　左一位　常　　位　右一位　右二位

图2 五开道岔数学模型图

单轨交通针对单轨道岔转换功率大的特点，将道岔的监控和转换进行分工，信号系统只负责道岔的监控，由道岔系统解决道岔的转换和机械锁闭。联锁系统根据选路意图，依照多开道岔的数学模型及其联锁条件进行逻辑运算，将运算的结果进行输出，驱动输出继电器。五开道岔的5个位置状态对应5个输出继电器，由输出继电器将道岔转换的控制信息传送给道岔系统；由道岔系统完成道岔向目标位置的转换，转换完成后进行机械锁闭并向联锁系统传送道岔所在位置的表示信息，表示信息也是5种状态对应5个继电器。

为单轨多开道岔建立数学模型，将多元状态通过分解变换为二元状态，使复杂问题简单化，解决了多开道岔逻辑处理的难题，这种新的设计思想开阔了思路，为类似问题的处理提供了经验。

（中铁电气化局集团有限公司高级工程师李新潮、沈九江）