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中国电气工程学报【2020年第11期】

  • ID:275016
  • 浏览:319
  • 学科:文化科学
  • 更新时间:2021-06-10 09:09:07
  • 期刊: 中国电气工程学报
内容简介
《中国电气工程学报》由中国机械工业联合会主管,机械工业信息研究院主办。杂志主要刊登电力工程等方面的文章。

轨道交通接触网系统交直流供电兼容方案研究

2021-06-10 09:12:57 文化科学 徐剑
资料简介

摘要:为使交流供电制式列车和直流供电制式列车可共用同一条车辆调试线,本文对城市轨道交通接触网系统交直流供电兼容方案进行研究,通过对交直流供电制式下接触网系统差异、交直流绝缘配合、杂散电流防护、接地、回流系统等进行分析,为车辆调试线工程设计、施工、后期运营维护提供理论支撑,解决工程实施中的关键问题,节约工程投资,为今后相关工程提供参考。


轨道交通接触网系统交直流供电兼容方案研究

徐剑

中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司 四川 成都 610000

摘要:为使交流供电制式列车和直流供电制式列车可共用同一条车辆调试线,本文对城市轨道交通接触网系统交直流供电兼容方案进行研究,通过对交直流供电制式下接触网系统差异、交直流绝缘配合、杂散电流防护、接地、回流系统等进行分析,为车辆调试线工程设计、施工、后期运营维护提供理论支撑,解决工程实施中的关键问题,节约工程投资,为今后相关工程提供参考。

关键词:城市轨道交通 交直流供电 接触网


一、研究背景

目前,在我国城市轨道交通工程中,直流供电制式车辆调试和交流供电制式车辆的调试均需要分别建设独立的列车调试线,线路一般长约1km~4km,会占用大量土地,随着城市建设的不断发展,土地资源十分紧张,分别建设独立的列车调试线困难极大。为节约土地资源,减少重复投资建设,需要研究交流供电制式列车和直流供电制式列车共用同一条车辆调试线,因此,根据我国直流供电制式列车和交流供电制式列车的情况,列车调试线接触网系统需兼容DC1500V和AC27.5kV两种供电制式列车的试验条件。因交直流供电制式接触网系统存在差异,需要进行接触网交直流供电双制式兼容方案研究。

、主要研究内容

列车调试线设定功能:满足时速100km/h直流供电制式城轨列车试验条件,采用DC1500V架空接触网供电;同时需满足时速160km/h交流供电制式市域列车试验条件,市域列车采用单相工频AC27.5kV直接供电方式。

1交直流供电制式接触网系统差异

1)系统电压及电流

1)接触网系统电压 表1

供电制式

额定电压

最高电压

最低电压

直流

DC1500V

DC1800V

DC1000V

单相工频交流

AC27.5kV

AC19kV

AC31kV

2)接触网系统电流 表2

供电制式

平均电流

瞬时最大电流

直流DC1500V

约3300A

约5500A

单相工频交流AC27.5kV

约800A

约1600A

2)悬挂组成

根据牵引供电计算的结果,接触网悬挂组成见表3。

接触网悬挂组成 表3

供电制式

悬挂类型

导线组成

直流DC1500V

简单链形悬挂

双承力索+双接触线+3根辅助馈线+1根架空地线

2×JT150+2×CTAH120+3×JT150+1×JT120

单相工频交流27.5kV

简单链形悬挂

单承力索+单接触线+1根回流线

1×JTM95+2×CTAH120+1×LBGLJ185

3接触网线材规格及张力

线材规格及张力 表4

供电制式

线材用途

线材规格

额定张力

直流DC1500V

承力索

JT150

12kN(额定张力)

接触线

CTAH120

12kN(额定张力)

辅助馈线

JT150

最大工作张力12kN

架空地线

JT120

最大工作张力12kN

单相工频交流27.5kV

承力索

JTM95

15kN(额定张力)

接触线

CTAH120

13kN(额定张力)

回流线

LBGLJ185

10kN(额定张力)

4)悬挂方式

均采用简单链型悬挂,支持装置采用绝缘旋转平斜腕臂。

5接触导线悬挂参数

1)直流供电制式列车接触网悬挂点处接触线距轨面的高度一般为4600mm。

2)交流供电制式列车接触网悬挂点处接触线距轨面的高度一般为5300mm。

接触网悬挂高度(距轨面) 表5

供电制式

最低高度

一般高度

最大高度

直流

4500mm

4600mm

5610mm

单相工频交流AC27.5kV

5150mm

5300mm

6500mm

3)接触线悬挂高度变化时,其坡度应满足表6的要求。

柔性悬挂接触线最大坡度值 表6

供电制式

列车速度(km/h)

接触线最大坡度(‰)

接触线最大坡度变化率(‰)

直流DC1500V

100

5

2

单相工频交流AC27.5kV

160

3.3

1.7

4)链形悬挂结构高度

结构高度 表7

供电制式

一般高度

备注

直流DC1500V

1000mm

特殊区段的结构高度根据实际布置情况计算确定。

单相工频交流AC27.5kV

1400mm

6拉出值、跨距、锚段长度

1)拉出值

直线区段拉出值一般为±200mm,曲线上则根据曲线半径及跨距值确定。

2)跨 距

柔性悬挂的跨距直线一般为40m,特殊区段应根据线路曲线半径、受电弓工作宽度、接触线风偏值等因素确定。

3)锚段长度

柔性悬挂锚段长度根据补偿器补偿位移范围、导线张力增量等因素确定,一般不大于1500m。

简单链形悬挂采用两跨式、防窜、防断中心锚结。

张力自动补偿下锚装置采用结构简单、具有断线制动功能的棘轮补偿装置。

7)侧面限界

根据限界要求,并考虑接触网专业的施工误差,柔性接触网的侧面限界按满足车辆设备限界的要求确定。

表8

供电制式

直线区段

曲线区段

直流DC1500V

2.3m

2.3m

单相工频交流AC27.5kV

2.5m

根据行车速度及曲线半径等因素加宽

8绝缘距离

表9

供电制式

静态

绝缘爬电距离

直流DC1500V

150mm

250mm

单相工频交流

AC27.5kV

300mm

1400mm

9主要线材、零件及设备的安全系数

在最不利运行条件下,接触网采用的线材、零件和设备均应满足表10中的安全系数。

主要线材和设备的安全系数 表10

项 目

安全系数

承力索

≥2.0

辅助馈线、架空地线

≥2.5

瓷棒式绝缘子抗弯

≥2.5

合成材料悬式绝缘子及绝缘件抗拉

≥5.0

合成材料棒式绝缘子抗弯

≥2.5

耐张零件抗拉

≥3.0

10防雷措施

防雷措施见下表:

表11

供电制式

防雷措施

直流DC1500V

1、牵引变电所DC1500V馈电电缆上网处设置氧化锌避雷器。

2、接触网每隔250m左右设置氧化锌避雷器。

3、接触网的架空地线每隔200m左右通过放电间隙接地。

单相工频交流

AC27.5kV

1、牵引变电所供电线上网处设置氧化锌避雷器。

2、锚段关节处设置氧化锌避雷器。

3、系统绝缘配合研究

由于列车调试线采用单相工频交流27.5kV供电制式与直流DC1500V兼容,因此需要进行绝缘配合研究。

根据工程特点,接触网系统需要同时满足AC27.5kV最高电压和采用直流DC15OOV供电制式时产生的最大持续电流,相应受影响的零件设备有隔离开关、上网电缆、绝缘子、避雷器、分段绝缘器等。为满足直流供电制式列车与交流供电制式列车的调试要求,相应设备选型参数见表12。

表12

设备名称

技术参数

备注

隔离开关

AC27.5kV,3000A


上网电缆

AC27.5kV,3000A


腕臂绝缘子

AC27.5kV,爬电距离1400mm


接触网下锚绝缘子

AC27.5kV,爬电距离1400mm


避雷器

AC27.5kV


分段绝缘器

AC27.5kV,爬电距离1400mm


4杂散电流防护与接地、回流系统研究

交直流供电制式在杂散电流防护与接地、回流方式差异见下表: 接地方式 表13

供电制式

接地方式

直流DC1500V

1、成排接触网支柱设置贯通的架空地线,零散支柱通过跳线或电缆与架空地线相连。接触网系统的所有不带电金属部分均连接至架空地线,架空地线与牵引变电所的接地母排连接,构成接触网系统的接地保护回路。

2、架空地线每隔200m左右通过放电间隙接地。

3、地面区段接触网的隔离开关、避雷器、放电间隙等设备应设置接地极,接地电阻不大于10。

单相工频交流

AC27.5KV

1、工作接地:接触网支柱宜利用回流线作闪络保护地线的集中接地方式,钢柱上的回流线宜采用绝缘方式安装。

2、安全接地:接触网钢柱可通过架空地线或单独设接地极实现安全接地。

距接触网带电体5m以内的金属结构应单独设接地极实现安全接地,接地电阻不大于30;

开关等设备的底座应设接地极实现安全接地,接地电阻不大于10;

架空地线下锚处及长度超过1000m的锚段中间应单独设接地极实现安全接地,接地电阻不大于10。

回流方式 表14

供电制式

回流方式

直流DC1500V

采用钢轨回流

单相工频交流AC27.5kV

采用钢轨和回流线回流

杂散电流防护 表15

供电制式

杂散电流防护

直流DC1500V

设立完备的杂散电流监测系统,当安全接地与杂散电流腐蚀防护发生矛盾时,应优先考虑安全接地。

单相工频交流AC27.5kV

一般不考虑杂散电流影响

综合考虑交直流供电制式的特点,接地、杂散电流防护、回流采用如下方式。

接地方案:

成排接触网支柱设置贯通的架空地线,零散支柱通过跳线或电缆与架空地线相连;接触网系统的所有不带电金属部分均连接至架空地线,架空地线与牵引变电所的接地母排连接,构成接触网系统的接地保护回路。

杂散电流腐蚀防护技术方案:

1)降低回流系统阻抗,确保畅通的牵引回流通路。

2)增大钢轨对道床的泄漏电阻,减少泄漏电流,钢轨采用绝缘安装。

3)利用整体道床内结构钢筋的可靠电气连接,形成杂散电流主收集监测网。

5、交直流供电制式馈线上网及回流设计

馈线上网:交直流供电分别从各自变电所馈线引出供电电缆至各自上网隔离开关,通过上网隔离开关连接至接触网。

回流:直流供电时,设置隔离开关,两侧分别通过回流电缆连接钢轨和变电所负极;交流供电时,设置隔离开关,两侧分别通过回流电缆连接扼流变压器和变电所接地网。

直流系统的上网隔离开关、回流隔离开关、联络隔离开关与交流系统的上网隔离开关、回流隔离开关应形成闭锁关系,禁止将两个系统连通。

研究结论

通过以上分析研究,认为采用接触网交直流双制式兼容方案可行,不必再分别为交流供电制式车辆和直流供电制式车辆分别建设独立的调试线路,仅建设一条共用的列车调试线可极大的节约土地资源,降低调试线路工程建设成本,经济效益显著。

接触网交直流供电双制式兼容方案见下表:

接触网悬挂组成 表16

悬挂类型

导线组成

简单链形悬挂

双承力索+双接触线+3根辅助馈线+1根架空地线

2×JT150+2×CTAH120+3×JT150+1×JT120

线材规格及张力 表17

供电制式

线材用途

线材规格

额定张力

交直流供电双制式

承力索

JT150

15kN(额定张力)

接触线

CTAH120

13kN(额定张力)

辅助馈线

JT150

12kN(额定张力)

架空地线

JT120

6.5KN

该接触网组成对于常规直流供电制式而言,导高由4600mm增加至5300mm,接触线与承力索张力增大;对于常规交流供电制式而言,悬挂组成变为双承双导。

四、存在的问题及建议

1、对于常规交流供电制式而言,悬挂组成变为双承双导,对弓网耦合关系还需要进一步研究。

2、本工程采用交直流兼容的供电制式,支柱上架设的线缆较多,对景观有一定影响。




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