新疆乌京基础设施建设管理有限公司 新疆乌鲁木齐 830057
摘要：现如今，城市快速发展人口不断增多，这对城市轨道交通的要求也越来越多。就轨道交通交流牵引供电系统而言，如何更高效的满足城市交通需求成为重要问题。通过提升交流牵引供电系统在城市轨道交通中运用的效率，来实现整体运作质量的提升。
关键词：城市轨道交通；直流牵引供电系统；钢轨电位升高原因；控制措施
引言
直流牵引供电系统的控制功能是地铁供电系统控制保护系统的基本功能，本文介绍了地铁直流牵引供电系统中典型的几种控制策略，详细分析了合分闸控制、线路测试、自动重合闸、双边联跳、越区供电、系统闭锁与报警的基本原理和控制方法，为城市轨道交通直流牵引供电部分的设计思想、整体控制框架的构建，具有一定指导意义。
1城市轨道交通牵引供电系统
城市轨道交通牵引供电系统如图1所示，牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网两个部分，通常采用的是直流和交流两种形式，面对需求量越来越大的城市轨道交通，需要采用更高效的牵引供电系统来提升整体运作效率。相较而言，直流牵引供电系统较为繁杂，且维护成本较高，因此逐渐趋向于使用交流牵引线供电系统。
1.1直流交通牵引供电系统运用中的问题
在城市轨道交通牵引供电系统中，部分城市采用的是直流电。这一形式需要搭建直流牵引供电网，将城市变电站、接触网和牵引网等联系起来，如图2所示。
如果采用这一形式的供电系统，一旦部分供电电路出现问题，就需要立刻更换供电线路以保障城市轨道交通的正常运作。另一方面，在构建整体直流牵引供电系统时，需要采用相对杂散的电流保护措施来确保电能的均匀分布，进而维护整体供电体系的稳定。面对日趋繁重的城市轨道交通压力，直流牵引供电系统以难以满足人们的出行需求，再加上这一系统技术需要采用繁琐的维护措施，耗费较多成本。因此越来越多城市在轨道交通供电系统方面趋向于交流牵引供电系统，提升维护效率，进而整体提高供电的稳定性和安全性。
1.2交流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用
在城市轨道交通交通中采用交流牵引供电系统，通过单向链接来实现电网和变压器之间的协调运作。使用中首先需要安装两台采用双绕组单项变压的变压器，然后通过电网来使整个结构形成开口三角形，以此实现供电系统的高效运作。这样整体化的供电系统由于合理配置电网的高压端和低压端，实现各端口与牵引母线的紧密连接，进而保障了供电系统的高效性。由于对整个系统采取了加压系统设置，以此来保障使用过程中的稳定性，保障城市轨道交通可以正常供电。但另一方面，由于交流牵引供电系统需要在长时间动态取流的状态下运作，因此在系统设备安装过程中要提高其耐磨性，进而提升系统的使用寿命。
2钢轨电位超标及相关设备问题主因
2.1钢轨电位升高或超标原因
由于钢轨存在内阻，因此牵引回流在钢轨上有电位差。该电位差的大小与线路上行驶或起动的列车数量、列车功率、牵引所间距等具体情况有关。列车功率越大，距牵引变电所距离越远，钢轨电位越高。比如采用大双边供电时，其钢轨电位比单边供电的高。如果发生接触网与钢轨或与架空地线短路、DC设备框架泄漏等故障，则会导致钢轨电位升高；回流通道中，比如道岔的回流跳线，以及回流电缆与钢轨或与回流箱、负极柜的母排连接等位置存在缺陷，也会导致钢轨电位超标。
2.2OVPD不正常动作原因分析
根据某条城市轨道交通线路的实测数据进行分析，在约24h的测试过程中，控制室记录数据显示，OVPD曾发生一段、二段保护同时动作6次，一、二、三段保护同时动作3次。截取其中9∶15—9∶22的一次记录，如图3和图4所示，发现钢轨电位与回流电流的变化趋势一致，钢轨电位随着回流电流的增加而增加；在记录时段，OVPD一段、二段电压保护同时动作。
图3中，当钢轨电位超过一段电压保护动作阈值90V时，OVPD一段保护动作正常；但OVPD一、二段保护间隔出现了一定延时，一、二段保护分别动作，此时也出现了OVPD闭锁。从现场测试数据看，OVPD发生一段、二段保护动作时，钢轨电位均没有超过二段保护动作阈值150V，因此OVPD二段保护动作不是由于钢轨电位异常偏高引起的。OVPD二段保护动作时刻记录的约550V电压值，应是接触器合闸所产生的操作过电压。在别线路中发生OVPD一、二、三段保护同时动作时，动作时刻记录的最高电压为886V，远超过了OVPD三段保护动作的阈值600V。分析后认为，引起OVPD二、三段保护异常动作的主要原因是：接触器分合闸次数较多，导致接触器触头磨损严重，从而在分合闸时产生异常过电压；在OVPD二、三段保护电路中，有可能因晶闸管损坏而使得导通电压不正常；OVPD中PLC（可编程逻辑控制器）保护算法异常以及其他可能的保护装置故障。
3应对措施
3.1降低钢轨电位
目前，我国各城市的轨道交通线路在运营初期的行车对数就达到了远期高峰小时的指标，因此，应使客流预测及系统能力配套适应超预期客流增长的需要，做到防患于未然。减少回流通路电阻，也可采取与轨道并联电缆、增加回流电缆的截面积等措施，但其并联的范围及电缆的截面积需要通过测试或计算来确定。应仔细检查回流通道中回流线或电缆与钢轨、道岔、汇流箱、负极柜等连接处接头的牢固程度。可采用如低温软钎焊加栓接的方式将L形铜排与钢轨连接，或将电缆与铜牌预留孔通过螺栓连接，完成回流或均流电缆与轨之间的连接。
3.2防止OVPD频繁动作及闭锁
若出现OVPD频繁动作及闭锁的现象，应重点检修接触器触头及保护电路用晶闸管等部件；采取在接触器两端加装过电压抑制电路的方法。
3.3避免同时投入OPVD及排流柜
OVPD具有保护人身安全的作用，其重要程度比排流柜等级高。当OVPD投入时应避免与排流柜通过地连接。为此应对排流柜做短时屏蔽，当确认OVPD断开后才能投入排流柜。因OVPD与排流柜在各变电所相互独立，因此可将所有OVPD和排流柜信号信息上传至SCADA（电力监控）系统进行检测，若检测到OVPD动作，则给相应的排流柜发出断开信号。
结语
直流牵引供电系统较为复杂，存在以钢轨回流为主的钢轨电位超标、回流通路不畅、杂散电流泄漏，以及杂散电流扩散引起主体结构金属腐蚀等问题。因此，应综合考虑，避免出现如钢轨电位超标等诸多问题。一旦出现钢轨电位超标，应及时查找并排除接触网短路及OVPD等设备故障，检查并保持回流通路通畅，采取防止OVPD操作过电压措施，采用逻辑控制和加强监测等方式避免OVPD与排流柜同时动作问题，避免故障范围扩大。另外，建议新建城市轨道交通线路的直流牵引供电系统采用单独设置回流轨方案。这个方案可从根本上解决直流牵引供电系统中诸多以走行轨回流为主的问题。
参考文献
[1]李群湛.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].西南交通大学学报.2018(02)：25-28
[2]赵麦丽.城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术研究[J].工程建设与设计.2017(06):36-37
[3]陈明武，赵鑫，丁大鹏，等，城市轨道交通供电系统钢轨电位限制装置操作过电压研究［J］.中国铁道科学，2017，38（6）：94.
[4]李威.地铁杂散电流腐蚀检测及防护技术［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2018：10.
论文作者:李戈
论文发表刊物:《城镇建设》2019年13期
论文发表时间:2019/9/17
标签：供电系统论文; 钢轨论文; 电位论文; 轨道交通论文; 城市论文; 动作论文; 过电压论文; 《城镇建设》2019年13期论文;