（中铁二院华东勘察设计有限责任公司 浙江杭州 310004）
摘要：本文针对地铁长距离低压起动设备的配电方案，提出利用地铁独有的DC1500接触网(轨)电源，采用DC1500V稳压逆变电源配电方案解决长距离低压起动水泵、风机的问题，并对DC1500V稳压逆变电源组成、原理及运用进行了客观分析。为解决该类问题的提供了一种新的探索和思路。
关键词：地铁；长距离；低压起动；稳压逆变电源
在地铁工程设计中，供电系统为了降低电能在传输中的损耗，原则上都会将为车站及区间动力设备供电的变电所（包括牵引降压混合变电所、降压变电所和区间跟随式降压变电所）尽可能的布置在负荷中心。在车站中，一般会布置在有冷水机组的一端；在区间风井中，一般与风机同井设置。这样的设置兼顾了绝大部分地铁用电设备，但仍有少量远离车站的用电设备，存在远距离低压起动的问题。
一、现状分析
地铁车站和区间风井之外的区间、配线和出入段线等处因通风和排水的需要，常常在距离变电所较远的地方设置风机、水泵等用电负荷，这些负荷造成了地铁设计中常常出现长距离低压起动电动机的情况存在。据笔者收集和整理华东地区部分城市地铁线路的资料看，这一情况并非个例。具体如表1所示：
表1中只统计了供电距离超过500m，单台设备容量超过10kW的设备。从表中可以看出，大量的长距离供电设备主要集中在车辆段（场）出入段线，这是因为承担地铁车辆维修、维护及停放的车辆基地为地面建筑，占地规模较大，一般设置在城市近郊，与相邻地铁车站相距较远。出入段（场）线端头的风机和水泵是为地铁区间通风和排水而设置，虽然距离地铁车辆基地内变电所较近，但与车辆基地无关。国内地铁运营管理的模式习惯于谁管理、谁供电、谁控制，这一模式造成了大量地铁项目在此情况下，舍近求远的选择由车站供电。
二、常规做法
电动机的起动方式很多，通常有全压直接起动、自耦减压起动、Y-Δ起动、软起动器、变频起动等等。表1所列设备经计算电动机起动时低压母线电压和电动机端电压均能满足全压起动的条件，故通常地铁设计中多采用全压直接起动的配电方案，代价是配电电缆截面较大，极端情况下需采用2~3根大截面电缆的组拼方式。这给地铁机电安装带来较大的不便，且不够经济。
三、创新探索
在地铁长距离低压起动风机、水泵等设备中，无论是采用全压起动或者软启动、变频起动等方式，都不可避免的存在大截面长距离的敷设电力电缆。那么有没有一种方案，利用地铁项目独有的特点，解决这一问题呢？
结合笔者从事铁路设计经验，在山区铁路中，受当地电网不够发达的限制，铁路通信、信号等一级负荷两路电源供电的要求常得不到保证。为此，在铁路电力设计中，我们采用了从接触网取电，经过 “单/三相转变”后作为铁路沿线一级负荷的备用电源已取得成功运用。
四、DC1500V稳压逆变电源配电方案
地铁列车直流牵引负荷为一级负荷，标称电压1500VDC，电压波动范围为1800V～1000V，按照地铁整流变压器容量的计算，多采用2×2200kVA或2×4000kVA容量的整流变压器。这一容量综合考虑地铁任意一条供电臂发生故障实行大双边供电且50%过负荷后的不利情况，完全可以支撑总量不超过200kW的设备挂网取电。
1、电源组成
电源主要元器件分别是：直流输入断路器、直流EMI滤波器、 直流避雷器、直流熔断器、 电压互感器、电流互感器、IGBT功率器件（英飞凌）、LC滤波器、隔离变压器、交流断路器、交流EMI滤波器、交流避雷器、控制电路（含显示，参数设置、故障诊断）、电源电路、计量及保护电路等。
2、电路原理
如上图所示：在设备附近处，从架空接触网（轨）取得DC1500电源后，经直流断路器进入直流EMI滤波器，隔离接触网和设备之间的相互干扰；输出直流电源至三相全桥IGBT装置，该装置将单相直流电源变为三相电源；再经LC滤波器和变压器，滤波变压后输出AC380V电源，最后经交流EMI滤波器，隔离装置和用电设备之间的干扰后输出，为动力设备提供AC380电源。
3、方案特点
采用DC1500V稳压逆变电源配电方案，具有以下三个优势：
一是便于机电施工安装。避免了地铁长距离低压起动设备时敷设大截面电缆所带来的不便。如表1中序号2、6、19、20、23项中，若采用该方案可大大简化机电安装工作。
二是具有较高的性价比。对于距离超过1000m的线路，该方案的使用性价比较高。以表1中序号6项为例，若电缆选用WDZAN-YJY23-3x185+2x90，仅电缆一项费用就接近60万元，而本方案设备费用可控制在40万元以内。若与变频控制、动态无功就地补偿等方案相比较，性价比更高。
三是丰富了设计手段。该方案为地铁设计提供了一个新的思路，在满足运营模式的同时，简化了设计。
五、总结
与DC1500V稳压逆变电源类似的配电方案目前仅在铁路中有成功运用的范例，笔者作为电力设计负责人承担的渝怀铁路有8处使用了该方案（电源为单相AC25kV），自2006年初开通至今设备运营良好。DC1500V稳压逆变电源运用于地铁工程原理可行，且具有一定的市场前景，但在实际推广前还应对供电系统的干扰和影响、设备尺寸、设备寿命、谐波抑制及可靠性等方面作进一步研究。
[7]郭碧嫒，张丰．110 kV扩大内桥接线各自投逻辑分析【J】．电力系统保护与控制，2010，38(7)：124．128．
论文作者:赵洪楚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/31
标签：地铁论文; 设备论文; 方案论文; 低压论文; 变电所论文; 电源论文; 滤波器论文; 《电力设备》2017年第12期论文;