地铁在贯通运营的主线和支线交汇处的牵引网供电方案研究和优化

张凌雁 1

（中铁二院地铁院电化分院，四川成都 610031）

摘 要：地铁支线是为将来的（规划中）的另一条线路提前通车吸引商业开发、人口迁移等所设置的,列车在通过主线和支线之间的渡线接触网分段绝缘器处的存在打火和拉弧现象，本文从经济性、技术可行性和运营可靠性等方面提出了现有的技术方案存在的问题，并对现有的技术方案进行了优化，优化方案已经应用于于现有的地铁项目中。

关键词：地铁；主线和支线贯通运营；牵引网供电方案；优化

Research and optimization of traction network power supply scheme of Subway at the intersection of main line and branch line

Zhang Lingyan¹

（Creec Engineering Group Co. Ltd,Metro Design Institute, Electrification Design Branch Institute, Chengdu Sichan）

Abstract: The subway branch line is set up for the early opening of another line in the future (under planning) to attract commercial development and population migration. The train has the phenomenon of ignition and arcing at the section insulator of the overhead contact system of the crossover between the main line and the branch line. This paper puts forward the problems existing in the existing technical scheme from the aspects of economy, technical feasibility and operation reliability, The existing technical scheme has been optimized, and the optimization scheme has been applied to the existing subway project.

Key words: subway;the intersection of main line and branch line;traction network power supply scheme; optimization

0.引言

随着城市轨道交通的迅速发展，作为城市轨道交通的动力之源，城轨供电系统也随之快速发展起来，其安全性、可靠性、可维护性是保证城市轨道交通列车安全可靠经济运营的基本要求和关键因素之一。

地铁支线是为将来的（规划中）的另一条线路提前通车吸引商业开发、人口迁移等所设置的,未来地铁支线将被拆离主线，形成新的线路。为了确保主线和支线在贯通运营中的安全性和可靠性、支线在将来拆分时的方便性，减少对既有主线和支线运营的影响，在主线和支线交汇处的供电系统方案设计就显得尤为重要。

1. 常用的主线和支线交汇处的供电系统设计方案及优缺点分析

图1为一条带有支线的地铁行车配线图，上面线路贯通部分为主线，支线与主线形成Y字形线路。下面支线将来会与主线拆分，与延长线贯通运行，形成一条新的地铁线路，同时主线和支线之间的连接线将会保留，作为线间调用车辆或者紧急疏散撤离用。

图1 主线和支线处的交路图

车站A位于主线和支线的交汇处，将来则作为拆分后两条线路的换乘站。在车站A设置的牵引变电所要同时向主线和支线牵引网供电。车站A牵引变电所的设置一般分为两种方案：

方 案一是只设置一座牵引变电所，主线和支线由同一座牵引变电所的不同直流馈线供电，如图2。正常运营时，Y字型区段牵引网主线由车站D牵引变电所和车站A牵引变电所双边供电，Y字型区段牵引网支线由车站A牵引所单边供电，主线和支线牵引网通过牵引变电所A的直流母排联通，如图3。

图 2 主线和支线由同一座牵引变电所的不同直流馈线供电

图3 车站A设置一座牵引变电所时的直流侧主接线图

方 案二是设置两座牵引变电所,主线和支线由不同牵引变电所的直流馈线供电，如图4。正常运营时，Y字型区段牵引网主线由车站D牵引变电所和车站A主线牵引变电所双边供电，Y字型区段牵引网支线由车站A支线牵引所单边供电，主线和支线的牵引网电源来源于不同的牵引变电所，如图5。

图 4 主线和支线由不同牵引变电所的不同直流馈线供电

图5 车站A设置两座牵引变电所时的直流侧主接线图

车站A牵引变电所的两种设置方案优缺点分析：

1）方案一

（1）在车站A只设置了一座牵引变电所，同时向主线和支线牵引网供电，工程投资较方案二节省较多；

（2）车站A牵引变电所设备正常运行时，主线和支线的牵引网电源来源为同一座牵引变电所，因此在主线和支线的渡线上设置的分段绝缘器两侧牵引网上电压差较小，再加上列车在通过主线和支线之间的渡线时速度较低，当列车受电弓在通过分段绝缘器的时候产生的打火现象较小，不会对牵引网和列车受电弓造成损害；

（3）当车站A牵引变电所直流侧设备发生故障（例如发生直流框架电流故障）退出运行时，如图2，Y字型区段牵引网主线由车站D牵引变电所和车站C牵引变电所大双边供电，Y字型区段牵引网支线由车站B大单边供电，此时在渡线处段绝缘器两侧牵引网上会产生较大的电压差，从而导致列车受电弓在通过分段绝缘器的时候产生的较大打火现象，对牵引网和受电弓造成损坏。

（4）当远期支线从主线拆分，与延长线形成一条新的线路以后，在此渡线处两条线路牵引网仍然由同一座牵引变电所供电，车站A牵引变电所的设备发生故障，或者任何一条线路牵引网上发生故障时，均会引起车站A牵引变电所的设备退出运行，影响到两条线路的正常运营。

2）方案二

（1）在车站A设置了两座牵引变电所，分别向主线和支线牵引网供电，工程投资较方案二增加较多；

（2）车站A牵引变电所设备正常运行时，主线和支线的牵引网电源来源为不同的牵引变电所，因此在主线和支线的渡线上设置的分段绝缘器两侧牵引网上电压差较方案一大，当列车受电弓在通过分段绝缘器的时候可能会产生的较大的打火现象，对牵引网和列车受电弓造成损坏；

（3）不论是在近期主线和支线贯通运营时，还是在远期支线从主线拆分，与延长线形成一条新的线路以后，主线和支线任一牵引变电所设备发生故障，或者牵引网发生故障时，主线和支线不会相互产生影响。

（4）当远期支线从主线拆分，与延长线形成一条新的线路以后，两条线的牵引变电所完全独立供电，拆解方便，适应性较强。

早期的地铁供电系统设计中主要采用方案一，但为了减少主线和支线供电系统的相互影响，同时方便支线拆分以后两条线独立供电，现在主要采用的是方案二。

3. 主线和支线交汇处的供电系统优化设计方案

但正是由于方案二中的主线和支线采用了不同的牵引变电所供电，因此在从主线到支线的交叉渡线处设置的分段绝缘器两侧会产生电压差，当列车经过此处容易发生较大的打火或拉弧现象，从而造成分段绝缘器和列车受电弓的损坏。为了解决此处打火问题，本文采取以下几种方法对方案二进行优化，降低或者消除列车经过分段绝缘器处的打火现象。

1）优化方案一

如图6，对方案二进行优化，在主线和支线的渡线接触网分段绝缘器处增加两台常闭的越区电动隔离开关，正常运行时，由车站A主线牵引变电所和支线牵引变电所、车站D牵引变电所对主线和支线Y字形贯通运营区段三边供电，此时渡线的分段绝缘器两侧不存在电压差，解决了列车经过渡线分段绝缘器处的打火问题。

但是，优化方案一也存在以下缺点：

（1）由于车站A有两所牵引变电所的4台牵引整流机组投入运行，当在车站A处发生近端短路时，产生较大的短路电流，存在导致设备损坏的可能。

（2）当三边供电范围内的任一牵引变电所发生框架电流保护动作时，都会联跳另外两座牵引变电所，导致此处主线和支线的三个区段同时停电，影响范围较大，主线和支线间的故障无法隔离。

（3）当该Y字形区域内的牵引网上发生故障时，主线和支线间的故障也无法隔离。

（ 4）若要隔离主线和支线故障，则需分开渡线上的越区电动隔离开关，但此时又会在渡线的分段绝缘器两侧产生较大压差，从而发生打火现象。

图6 优化方案一

2）优化方案二

如图7，将前文所述方案一和方案二结合，在主线和支线贯通运营、支线拆分之前，车站A主线牵引变电所增加两回直流馈线和相应上网隔离开关为支线牵引网供电，车站A支线牵引变电所整流机组、直流开关柜和上网隔离开关均退出运行，此时Y字形区域主线牵引网由车站A牵引变电所和车站D牵引变电所双边供电，支线牵引网由车站A牵引变电所和车站B牵引变电所双边供电，主线和支线牵引网通过车站A牵引变电所直流母排联通，此时渡线的分段绝缘器两侧不存在电压差。

当支线从主线拆分出去，与延长线贯通运行，形成新的一条线路以后，车站A支线牵引变电所的设备全部投入运行，与新线临近的牵引变电所共同向新线的牵引网双边供电，拆分前车站A主线牵引变电所为支线牵引网供电的直流馈线和上网隔离开关退出运行，主线牵引网仍由车站A主线牵引变电所和车站D牵引变电所双边供电。

优化方案二存在以下优缺点：

（1）解决了支线拆分前，正常运行时列车经过分段绝缘器处的打火或拉弧现象；

（ 2）当远期支线从主线拆分，与延长线形成一条新的线路以后，两条线的牵引变电所完全独立供电，拆解方便，适应性较强。

图7 优化方案二

（3）当车站A主线牵引变电所的直流开关柜发生框架保护电流元件动作时，会联跳车站B、车站C和车站D的直流开关柜，联跳范围较大。

（4）在支线拆分前，车站A主线牵引变电所由于故障退出运行的时候，此时主线由车站C和车站D牵引变电所大双边供电，支线由车站B牵引变电所单边供电，在渡线分段绝缘器两侧仍然会产生电压差，在车辆通过时出现打火或拉弧，如情况严重，可闭合渡线接触网分段绝缘器处的越区电动隔离开关，在此处形成三边供电，解决电压差引起的打火或拉弧。

（5）若支线拆分时间较长，车站A支线牵引变电所的牵引整流机组、直流开关柜需定期开启空载运行模式，避免设备长期不运行引起的损耗和故障。

（6）在支线拆分前，Y字形区域牵引网应通过车站A主线变电所负母排回流，在支线拆分后，则应通过车站A支线变电所负母排回流，在设计的时候应注意回流电缆的连接。

（7）该方案的投资和工程量较其他方案大。

4． 结论

文章从经济性、技术可行性和运营可靠性等方面对地铁贯通运营的主线和支线交汇处的牵引网供电方案进行了描述，并提出了存在的问题和解决方案，文中提出的优化方案二已经应用在具体的城市轨道交通工程项目中，从目前的应用情况看，解决了列车在通过主线和支线之间的渡线接触网分段绝缘器处的打火和拉弧现象，也为将来支线拆分后两条线的独立供电提供了条件。

参考文献

[1]地铁设计规范.GB 50157[2013].北京：中国建筑工业出版社，2013:140-149.

[2]胡蓉,闫兆辉. 城市轨道交通牵引供电系统主接线设计分析.电子世界.2017,19:76-78

[3]叶茏.浅析地铁直流牵引供电系统框架保护原理及保护设置方案.机电信息.2018,21:11-12

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