直流供電系統(tǒng)在城鐵試驗(yàn)線中的應(yīng)用

董艷平，馮麗萍

(長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司動(dòng)力廠，長(zhǎng)春 130062)

直流供電系統(tǒng)在城鐵試驗(yàn)線中的應(yīng)用

董艷平，馮麗萍

(長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司動(dòng)力廠，長(zhǎng)春 130062)

詳細(xì)介紹了城市鐵路試驗(yàn)線直流供電系統(tǒng)的組成，并針對(duì)系統(tǒng)邏輯控制及保護(hù)進(jìn)行分析與論證，從而解決了四個(gè)變電站同時(shí)或分別向三條大型試驗(yàn)線提供不同種類電壓的技術(shù)難題，最大限度滿足了城市鐵路機(jī)車車輛調(diào)試需要。

直流供電系統(tǒng);城鐵試驗(yàn)線;組成及控制保護(hù)

0概述

當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，不僅網(wǎng)絡(luò)改變生活，交通也正在改變著人們的生活。城市鐵路機(jī)車從時(shí)速25公里到時(shí)速120公里的飛躍，將成為城市鐵路發(fā)展史上又一個(gè)里程碑。然而，隨著鐵路運(yùn)營(yíng)速度不斷提升，也就對(duì)城市鐵路試驗(yàn)基地的供電系統(tǒng)和線路試驗(yàn)?zāi)芰μ岢龈赂叩囊?。目前，?guó)內(nèi)已經(jīng)形成了規(guī)模最大、設(shè)施最先進(jìn)、配套最完備的城市鐵路試驗(yàn)基地，已經(jīng)具備了120km/h城市軌道車輛的研發(fā)試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

下面簡(jiǎn)要論述一下，750V/1500V/3000V直流供電系統(tǒng)在某公司城市鐵路試驗(yàn)基地試驗(yàn)線中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)線直流供電系統(tǒng)組成

750V/1500V/3000V直流供電系統(tǒng)是城鐵試驗(yàn)線供電的樞紐，它的主要任務(wù)是向試驗(yàn)線的接觸網(wǎng)和接觸軌提供不同種類試驗(yàn)電壓，以滿足各種城市軌道機(jī)車車輛調(diào)試的需求。目前，按照城市軌道交通直流750V機(jī)車車輛最大負(fù)荷電流為6000A，直流1500V機(jī)車車輛最大負(fù)荷電流為8000A，直流3000V試驗(yàn)線最大工作電流為4000A，車輛最大容量為12000KVA計(jì)算，在試驗(yàn)基地新建1.8km試驗(yàn)線，3km試驗(yàn)線，并從3km直線出岔至其上方新建約4.5km環(huán)形試驗(yàn)線，同時(shí)三條試驗(yàn)線按接觸網(wǎng)和接觸軌設(shè)計(jì)，接觸網(wǎng)滿足直流750V、1500V、3000V調(diào)試能力、接觸軌滿足直流750V、1500V調(diào)試能力。

為了最大限度滿足機(jī)車車輛調(diào)試要求，我們將供電系統(tǒng)進(jìn)行合理布局，在3km直線線路中點(diǎn)新建由51、52和53變電站組成的三所合一的直線變電所一座，在環(huán)線上方新建54環(huán)線變電所一座。兩座直流牽引變電所電源，由66/10KV總變電所饋出，與新建兩直流牽引變電所組成10KV環(huán)網(wǎng)供電方式。其中51號(hào)變電站，52號(hào)變電站和54號(hào)變電站均通過(guò)直流隔離開(kāi)關(guān)將兩套整流機(jī)組進(jìn)行串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)DC750V和DC1500V輸出，53號(hào)變電站通過(guò)兩套整流機(jī)組單獨(dú)整流并聯(lián)實(shí)現(xiàn)3000V電壓等級(jí)輸出。如圖1所示:

2 直流供電系統(tǒng)運(yùn)行邏輯關(guān)系

圖1 試驗(yàn)線變電所平面布置圖

為了實(shí)現(xiàn)四個(gè)變電站同時(shí)或分別向三條大型試驗(yàn)

線提供不同種類電壓的技術(shù)難題，最大限度滿足了城市鐵路機(jī)車車輛調(diào)試需要，我們通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的研究后，將城軌機(jī)車車輛調(diào)試方式劃分為以下幾種情況:

(1)當(dāng)環(huán)線4.5km試驗(yàn)DC750V/1500V機(jī)車車輛時(shí)，由于線路比較長(zhǎng)線路壓降大，必須兩個(gè)變電所同時(shí)投入，環(huán)線54所DC750/1500V變電所和直線51所或52所變電所中的一座DC750/1500V所，組成雙邊供電。當(dāng)54所和51所或52所其中一所為環(huán)線同時(shí)供電時(shí)，52所或51所可以在相同電壓等級(jí)下同時(shí)或單獨(dú)對(duì)直線3km供電。

(2)當(dāng)直線3km試驗(yàn)DC750V/1500V機(jī)車車輛時(shí)，可根據(jù)試驗(yàn)機(jī)車容量合理選擇投入兩座或一座DC750/1500V變電所為直線試驗(yàn)機(jī)車供電。當(dāng)需要51號(hào)變電站與52號(hào)變電站同時(shí)為直線供電時(shí)，必須在相同電壓等級(jí)下同分、同合;當(dāng)51號(hào)變電站單獨(dú)為直線供電，必須先把52號(hào)變電站相應(yīng)的上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器，負(fù)極開(kāi)關(guān)退出;當(dāng)52號(hào)變電站單獨(dú)為直線供電，必須先把51號(hào)變電站相應(yīng)的上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器，負(fù)極開(kāi)關(guān)退出。

(3)當(dāng)直線3km/環(huán)線4.5km試驗(yàn)DC3000V機(jī)車車輛時(shí)，投入53號(hào)變電站直流牽引變電所中DC3000V系統(tǒng)，由于DC3000V電壓等級(jí)高，在投入DC3000V變電所之前必須保證如下條件:在DC3000V為直線供電之前，首先必須保證先斷開(kāi)與直線相應(yīng)的所有DC750/1500V接觸網(wǎng)上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器，并斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)極開(kāi)關(guān);在DC3000V為環(huán)線供電之前，首先必須保證先斷開(kāi)與環(huán)線相應(yīng)的所有DC750/1500V接觸網(wǎng)上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器，并斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)極開(kāi)關(guān)，防止設(shè)備絕緣損壞。

(4)當(dāng)直線1.8km試驗(yàn)DC750V或DC1500V機(jī)車車輛時(shí)，按要求電壓等級(jí)，投入51號(hào)變電站。

下面以51所和54所向環(huán)線4.5km接觸網(wǎng)/接觸軌供750V/1500V電壓為例，邏輯關(guān)系圖如圖2所示:

圖2 51所和54所向4.5km試驗(yàn)線供電邏輯框圖

同理52所與54所雙邊同步分合閘、51所與52所同步分合閘、53所與51所、52所供電邏輯關(guān)系原理同上。

3 直流供電系統(tǒng)的控制閉鎖條件

結(jié)合試驗(yàn)線供電系統(tǒng)運(yùn)行邏輯關(guān)系，為解決供電系統(tǒng)在復(fù)雜的運(yùn)行工況下能夠安全可靠運(yùn)行，確保機(jī)車車輛順利調(diào)試，我們?cè)诠╇娤到y(tǒng)二次控制回路，同時(shí)配置了多重控制閉鎖條件。

(1)環(huán)線4.5km試驗(yàn)線停、供電時(shí)，在正常的手動(dòng)同合、同分操作時(shí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)線兩所控制回路上相關(guān)的饋線斷路器的同步分、合。故障狀態(tài)在為環(huán)線供電時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)同步斷開(kāi)與環(huán)線供電相關(guān)的饋線斷路器。

(2)直線3km試驗(yàn)線停、供電時(shí)，在正常的手動(dòng)同合、同分操作時(shí)，實(shí)現(xiàn)直線兩所在控制回路上相關(guān)的饋線斷路器的同步分、合。故障狀態(tài)在為直線供電時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)同步斷開(kāi)與直線供電相關(guān)的饋線斷路器。

(3)環(huán)線同步操作柜的閉鎖條件是進(jìn)線斷路器合閘、DC3000V環(huán)線退出、在相同的電壓等級(jí)下、相應(yīng)的進(jìn)線及饋線斷路器在工作位置、在相同的上網(wǎng)或上軌狀態(tài)，選擇同步操作環(huán)線的51與52，52與54，51與54變電站的饋線斷路器。

(4)直線同步操作柜的閉鎖條件是進(jìn)線斷路器合閘，DC3000V直線退出，在相同的電壓等級(jí)下，相應(yīng)的進(jìn)線及饋線斷路器在工作位置，在相同的上網(wǎng)或上軌狀態(tài)，選擇同步操作直線的51，52變電站的饋線斷路器。

(5)直線單獨(dú)操作的閉鎖條件:進(jìn)線斷路器合閘，DC3000V直線退出，另一所對(duì)應(yīng)的上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器、負(fù)極開(kāi)關(guān)退出，相應(yīng)的進(jìn)線及饋線斷路器在工作位置，在相同的上網(wǎng)或上軌狀態(tài)，選擇獨(dú)立操作。

(6)DC3000V變電所投入聯(lián)鎖條件:先斷開(kāi)與直線/環(huán)線相應(yīng)的所有DC750/1500V接觸網(wǎng)上網(wǎng)、上軌隔離開(kāi)關(guān)、饋線斷路器，并斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)極開(kāi)關(guān)，選擇供電線路斷路器。

(7)四個(gè)變電所的兩組整流機(jī)組必須共同運(yùn)行，不允許單獨(dú)運(yùn)行，以保證電壓質(zhì)量。

(8)在進(jìn)線柜設(shè)置逆流保護(hù)，當(dāng)發(fā)生逆流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，跳逆流所的直流進(jìn)線斷路器及10kV饋出斷路器，并且將與本所相關(guān)的同合、同分饋線斷路器斷開(kāi)。

(9)單極隔離開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換柜轉(zhuǎn)換時(shí)，相應(yīng)的10KV整流機(jī)組饋線斷路器斷開(kāi)、直流開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線斷路器斷開(kāi)、單極隔離開(kāi)關(guān)的手柄未插入。

(10)DC1500V進(jìn)線斷路器的運(yùn)行條件為橋并或橋串正常。

(11)DC750V進(jìn)線斷路器的閉鎖條件為橋并正常。

(12)DC1500V饋線斷路器運(yùn)行條件為橋串正常。

(13)DC750V饋線斷路器運(yùn)行條件為橋并正常。

(14)負(fù)極隔離開(kāi)關(guān)的閉鎖條件:相應(yīng)的10KV整流機(jī)組饋線斷路器斷開(kāi)、直流開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線斷路器斷開(kāi)、單極隔離開(kāi)關(guān)的手柄未插入、負(fù)極隔離開(kāi)關(guān)的手柄未插入。

(15)外部控制條件在直流所控制室和區(qū)間設(shè)備間分別設(shè)有緊急分閘控制箱，將對(duì)應(yīng)的環(huán)線、直線、1.8 km饋線斷路器分閘信號(hào)分別匯總后送入緊急分閘控制箱。箱上分別設(shè)有直線緊急分閘按鈕、環(huán)線緊急分閘按鈕和1.8km緊急分閘按鈕，當(dāng)在危機(jī)到人身設(shè)備及車輛安全的緊急情況下，通過(guò)操作上述按鈕人為切斷相關(guān)線路的所有饋線斷路器。

4 直流供電系統(tǒng)的保護(hù)

在整個(gè)直流供電系統(tǒng)中，我們還采用各種微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置，來(lái)進(jìn)一步完善提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。

(1)在10KV供電系統(tǒng)中，主要采用施耐德SEPAM保護(hù)裝置，集電流速斷保護(hù)、方向性過(guò)流保護(hù)、零序電流保護(hù)、整流器熔斷器單只/雙只熔斷保護(hù)于一體，并具備設(shè)置自投與失壓跳閘功能。

(2)牽引整流變壓器設(shè)置了變壓器本體保護(hù)如超溫告警、高溫跳閘保護(hù)。

(3)直流750V/1500V供電系統(tǒng)，采用德國(guó)DCP106綜合保護(hù)裝置，配置了大電流脫扣保護(hù)、逆流保護(hù)、DIDT保護(hù)、雙邊聯(lián)跳保護(hù)、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)和低電壓保護(hù)。

(4)直流3000V供電系統(tǒng)，采用西門(mén)子S7系列微機(jī)測(cè)控保護(hù)單元，保護(hù)集保護(hù)、控制、顯示、測(cè)量與一身，對(duì)開(kāi)關(guān)位置、事故、預(yù)告信息、波形記錄進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

總之，城鐵試驗(yàn)線直流供電系統(tǒng)的建成，完全實(shí)現(xiàn)了四個(gè)變電站同時(shí)或分別向三條試驗(yàn)線安全、可靠提供不同等級(jí)電壓的功能，最大限度上滿足了城市軌道機(jī)車車輛調(diào)試的需要，為公司的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品水平、研發(fā)試驗(yàn)?zāi)芰δ軌蜻_(dá)到世界一流水平奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。放眼世界，城鐵帶來(lái)的生活改變，已經(jīng)在眼前，它將給人們的出行帶來(lái)更多方便、更多快捷。

4 結(jié)語(yǔ)

［1］吳錦青.電氣化鐵道接觸網(wǎng)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

［2］劉介才.工廠供電［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

［3］關(guān)長(zhǎng)祥.進(jìn)網(wǎng)作業(yè)電工技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］陳家斌.變電運(yùn)行與管理技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

責(zé)任編輯:吳旭云

The application of DC power supply system in test lines of urban railways

DONG Yan-ping，F(xiàn)ENG LI-ping
(Power Plant of Changchun Limited Liability Company Track Passenger Train，Changchun 130062，China)

This paper introduces the composition of DC power supply system in test lines of urban railways in detail，analyzes and demonstrates the logic control and protection of the system，which solves the technical problem that the four power substations simultaneously or respectively send different voltages to the three big test lines so as to meet the need of debugging for locomotive vehicles to the utmost.

direct current supply system;test line of urban railway;composition and control protection

U231+.8

A

1009－3907(2011)06－0013－03

2011-05-09

董艷平(1961-)，女，吉林九臺(tái)人，高級(jí)工程師，主要從事工廠電氣技術(shù)方面的研究。