城市軌道交通直流牽引供電及系統(tǒng)控制策略分析摘要：在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，按照故障率和故障直接影響程度來綜合分析，直流牽引供電系統(tǒng)故障是對運(yùn)營服務(wù)影響最嚴(yán)重的，高居榜首。因此，如何更好的對直流供電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，提前準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，快速高效的處理直流故障，是擺在運(yùn)營供電人員面前的難題和嚴(yán)峻考驗(yàn)。本文就城市軌道交通直流牽引供電及系統(tǒng)控制策略的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了簡要的分析，以供參考。關(guān)鍵詞：城市軌道交通；直流牽引供電；系統(tǒng)控制1城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)組成城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)為整個城市軌道交通的運(yùn)行提供電能，是城市軌道交通的重要組成部分。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)又分為：直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)。直流牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所、牽引網(wǎng)以及列車等，整個直流牽引供電的能量流動過程，直流牽引變電所首先將電壓等級為35kV的交流電通過變壓器進(jìn)行降壓，然后通過整流轉(zhuǎn)換成為750V的直流電，然后電能通過接觸軌給列車進(jìn)行供電，最終通過走行軌進(jìn)行回流，從而構(gòu)成完整的電路。其中牽引變電所中的PWM整流機(jī)組和二極管整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行列車制動和啟動時的能量傳輸，將電能傳送回接觸網(wǎng)或者傳輸?shù)搅熊嚒Ｓ捎谘芯烤τ邢?，因此對于直流牽引供電系統(tǒng)中的牽引供電裝置的損耗和輔助供電系統(tǒng)沒有進(jìn)行詳細(xì)的研究，僅在計算列車功率時給定功率和轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行近似計算。牽引變電所是直流牽引供電系統(tǒng)的核心裝置，本文采用能饋式牽引變電所代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二極管整流牽引變電所，主要包括二極管整流機(jī)組和PWM整流機(jī)組。其中PWM整流機(jī)組可以將列車制動時的能量回饋到接觸網(wǎng)，提高城市軌道交通的節(jié)能減排水平。其主要功能是負(fù)責(zé)將交流側(cè)網(wǎng)絡(luò)的高壓經(jīng)過降壓整流到直流側(cè)網(wǎng)絡(luò)為750V的電壓，是交流側(cè)網(wǎng)絡(luò)和直流側(cè)網(wǎng)路的接口。能饋式牽引變電所的工作方式根據(jù)列車的不同的運(yùn)行工況從而選擇不同的工作方式，分別為：（1）當(dāng)列車處于牽引工況時，牽引所工作方式為整流當(dāng)列車處于牽引工況時，牽引變電所處于整流工況，二極管整流機(jī)組和PWM整流機(jī)組進(jìn)行整流工作，向列車輸送電能。（2）當(dāng)列車處于制動工況時，牽引所工作方式為能饋當(dāng)列車處于制動工況時，牽引變電所處于能饋工況，二極管整理機(jī)組被阻斷，PWM整流機(jī)組處于逆變狀態(tài)，將列車制動產(chǎn)生的多余的制動能量回饋到電網(wǎng)中。2直流牽引供電

2.1組成與要求在軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，電能從牽引降壓混合所經(jīng)饋線、接觸軌(網(wǎng))輸送給電動列車，再從電動列車經(jīng)鋼軌（稱軌道回路）、回流線流回牽引降壓混合所。由饋電線、接觸軌（網(wǎng)）、軌道回路及回流線組成的供電網(wǎng)絡(luò)稱為牽引網(wǎng)。牽引供電系統(tǒng)即由牽引降壓混合所和牽引網(wǎng)組成，其中牽引降壓混合所和接觸軌（網(wǎng)）是牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。由于接觸軌是沿線路敷設(shè)的與軌道平行的附加軌，故又稱第三軌。牽引降壓混合所的數(shù)量、容量和設(shè)置是根據(jù)牽引計算的結(jié)果，并經(jīng)比較后確定的。它們一般設(shè)置在城市軌道交通沿線若干車站及車輛段附近。每個牽引降壓混合所按其所需容量設(shè)置兩組牽引整流機(jī)組并列運(yùn)行，沿線任一牽引降壓混合所故障解列，由兩側(cè)相鄰的牽引降壓混合所共同承擔(dān)該區(qū)段的全部牽引負(fù)荷。2.2運(yùn)行方式一般情況下城市軌道交通車輛段內(nèi)采用單邊供電方式，正線采用雙邊供電方式。在采用雙邊供電時，當(dāng)某一牽引降壓混合所故障退出運(yùn)行時，該段接觸軌（網(wǎng)）就成為了單邊供電方式。正線上任何牽引降壓混合所故障退出運(yùn)行時，均由相鄰牽引降壓混合所越區(qū)供電。在越區(qū)供電方式下，供電末端的接觸軌（網(wǎng)）電壓比較低，電能耗損較大，因此，視情況要適當(dāng)減少同時處在該供電區(qū)段的列車數(shù)目。另外，直流饋線保護(hù)整定時還需考慮大雙邊供電方式下的靈敏度。（1）雙邊供電。同一區(qū)段的接觸軌，從兩端相鄰的牽引變電所的DC750V饋線開關(guān)獲取電能，是牽引變電所向同一區(qū)段接觸軌供電的正常運(yùn)行方式。（2）單邊供電。同一區(qū)段的接觸軌，只從一端的牽引變電所的DC750V饋線開關(guān)獲取電能，是牽引變電所向同一區(qū)段接觸軌供電的非正常運(yùn)行方式。（3）越區(qū)供電。越區(qū)供電是一種非正常供電方式（也稱事故供電方式）。越區(qū)供電是指牽引降壓混合所超越正常供電范圍，向相鄰牽引降壓混合所所屬的停電牽引網(wǎng)供電。3城市軌道交通直流牽引供電及系統(tǒng)控制策略3.1能饋裝置技術(shù)應(yīng)用在目前牽引變電所采用二極管整流模式下，多余電制動能量吸收的方式主要分為消耗型、儲能型和逆變回饋型等三種基本模式。消耗型吸收裝置結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，主要采用電阻消耗。根據(jù)制動電阻放置位置的不同分為車載制動電阻消耗型和地面制動電阻消耗兩種基本模式。儲能型吸收裝置依據(jù)儲能介質(zhì)的不同，又分為電容儲能、電池儲能和飛輪儲能等三種基本模式。再生能量逆變回饋型吸收裝置（即再生能量回饋裝置），根據(jù)電網(wǎng)反饋電網(wǎng)電壓等級的不同分為10kV(35kV/33kV)逆變裝置和0.4kV逆變裝置。地面制動能量吸收裝置可以減輕車輛重量，減少車載設(shè)備，降低隧道內(nèi)發(fā)熱量，引起了國內(nèi)外研究者高度重視。近幾年來，隨著大功率電力電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，再生能量回饋裝置因其綜合成本較低，符合國家節(jié)能政策，順應(yīng)城軌列車的發(fā)展需求，其技術(shù)和產(chǎn)品均有了長足的發(fā)展，再生能量回饋裝置目前已在國內(nèi)地鐵試驗(yàn)線及正線上示范應(yīng)用，技術(shù)與工程應(yīng)用逐漸成熟。逆變回饋型再生制動能量吸收裝置也就是再生能量回饋裝置，此類技術(shù)主要采用晶閘管、IGBT等電力電子器件構(gòu)成大功率三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的直流母線相聯(lián)，將再生制動能量通過逆變裝置逆變?yōu)槿嘟涣麟娔?，再通過整流變壓器或?qū)Ｓ米儔浩骰仞佒林袎壕W(wǎng)絡(luò)，供地鐵中的其他系統(tǒng)負(fù)荷使用。3.2軌電位裝置的應(yīng)用列車車體及屏蔽門直接與鋼軌連接，站臺可以等效為大地。這兩者之間的電壓差如果過大會危及乘客的人身安全，因此需要有一個保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測站臺鋼軌的電壓，保證其處于人體的安全耐受電壓范圍內(nèi)。軌電位裝置保護(hù)的原理非常直觀，一側(cè)連接鋼軌，另一側(cè)連接至大地。在檢測到電壓超過限定電壓值及延時后，軌電位裝置動作，短接負(fù)極與大地，以保證乘客的人生安全。通過保護(hù)原理分析，可認(rèn)為電壓型框架保護(hù)與軌電位裝置的監(jiān)測方式在本質(zhì)上基本相同，區(qū)別在于保護(hù)曲線及動作影響上。軌電位裝置可以作為低壓區(qū)域?qū)﹄妷盒涂蚣鼙Ｗo(hù)的過濾。3.3完善故障定位當(dāng)短路故障發(fā)生后，現(xiàn)有的保護(hù)裝置立即跳閘，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生永久性故障后，傳統(tǒng)的做法就是依靠人工巡線，即費(fèi)事費(fèi)力，而且直接影響到整個牽引系統(tǒng)的運(yùn)行。因此研究一種適合于城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的故障定位算法很有必要。依靠從直流側(cè)短路故障發(fā)生后到保護(hù)裝置動作前記錄的短時暫態(tài)數(shù)據(jù)定位很困難，但這段數(shù)據(jù)保護(hù)了很多信息，包括故障位置的信息，如何有效利用這段信息是現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)內(nèi)容。基于分布式參數(shù)的時域故障定位算法可以直接利用故障發(fā)生后到保護(hù)設(shè)備動作前的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計算，無需對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。這種定位算法原本是為交流輸電系統(tǒng)量身打造，但經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者的研究，直流輸電線路與交流輸電線路并無本質(zhì)區(qū)別，只是能量集中的頻域不同，因此可以將線路等效為分布式參數(shù)的思想用于直流牽引供電系統(tǒng)的故障定位計算。參考文獻(xiàn)[1]劉志剛,郝峰杰,陳杰,等.城軌牽引供電系統(tǒng)車-地配合參數(shù)優(yōu)化方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報,2019,v.43;No