浦江线供电轨系统优化研究.docx

浦江线供电轨系统优化研究

徐攀 翟鸣 史文钊 汤培峰

摘 要：针对浦江线供电系统运营以来发生的问题，提出优化措施，通过技术手段降低供电轨系统问题导致的故障影响，减少浦江线供电系统的维护工作量，降低运营成本，提高供电系统可靠性和寿命，也为后续中运量APM300供电系统设计提供参考建议。
关键词：供电系统;优化研究;二极管装置; APM300
APM300胶轮系统在爬坡能力、转弯能力、噪音控制、振动控制、无人驾驶、美观等方面，具有很好的优势。上海浦江线牵引供电系统，采用了國内轨道交通惯用的双电源双整流机组方案，双整流机组平均分布在各变电所同一35KV中压母线分段上，即使单个牵引变电所退出运行，对牵引供电系统几乎没有影响。比较国外APM牵引供电系统常采用单电源单整流机组或单电源双牵引整流机组方案，牵引供电系统可靠性更高。供电轨设备选型采用APM300专用的钢铝复合供电轨，供电电压为直流±375V，采用侧部授流方式。浦江线在投用运行不久，即发现车辆在经过上下行供电轨电分段时，由供电轨两端压差较大，最大压差可达100V以上，拉弧严重并灼伤供电轨，同时也导致列车受流器碳滑块寿命受到影响，对车辆安全稳定运行构成较大影响。
一、浦江线供电轨系统问题概述
浦江线正线供电轨牵引供电如图1所示，图中SW是道岔编号。GS是对应道岔区域的供电轨供电开关。GC和GCT是供电轨联络开关。JB是用于不同线径电缆转换的电缆转接箱。ISO和AG是供电轨电分段，其中ISO通过分段绝缘器实现电分段，AG通过空气绝缘实现电分段。
图一种A、B两站均为牵引站，C站无牵引。A站1、2号整流机组均来自35KV 一段母线;B站1、2号整流机组均来自35KV 二段母线。为防止单侧供电轨短路故障，影响到另一侧，正常运行方式下，GCT2开关为分闸状态。GS15开关用于SW15道岔区域供电轨供电，正常运行时合于下行侧。
浦江线在开通前的调试阶段，列车经过AG05时，出现了一次比较严重的脱靴故障，维修人员下线检查供电轨，发现接触面存在严重烧蚀及磨损现象，如图2所示，并对供电轨进行了更换。第二天下线复查，发现供电轨再次出现严重烧蚀及磨损情况。维修人员通过在受流器上方安装监控视频，发现列车经过上下行连接电分段AG05、ISO09、AG07时，均存在明显的拉弧现象和拉弧声音。通过电力监控系统，查看A、B两站的NC11开关和NC22开关馈出电压，其瞬时的最大差值达到了约100V。
二、浦江线供电轨系统原因分析
根据电弧定义，在大气中开断电路时，若加在触头上的电压超过12-20V，被开断的电流超过0.25-1A，在触头间隙（也称弧隙）中通常产生一团温度极高、发出强光且能够导电的近似圆柱形的气体。
在原有的供电轨分区设计中，由于AG05、ISO09、AG07两侧，在正常情况下为独立的供电分区，通过设置电分段实现电气隔离。当两侧之间供电负载不均衡时，将导致电压差的存在，列车通过两侧牵引供电电分段时，在受流器滑过供电轨电分段的瞬间，将会在受流器和供电轨之间产生拉弧和横跨电流，于是产生了上述供电轨拉弧损伤现象。
拉弧问题会导致以下两个问题：（1）严重的拉弧造成供电轨的不锈钢接触面严重烧灼损坏，影响列车受流器的平滑过渡，且接触面烧灼后可导致供电轨和受流器之间的接触电阻进一步增加，拉弧现象继续恶化。（2）严重的拉弧不仅损坏供电轨，且会对列车受流器造成严重的电腐蚀，大大降低受流器的使用寿命。
供电轨电分段处的拉弧问题，不仅导致供电轨和受流器的寿命减少，更换频繁，并最终使APM系统的维护和运营成本增加。因此，必须采取一些技术措施，改善压差导致的拉弧问题。
三、浦江线供电轨系统优化方案
1、并联供电方案
GCT2为上下行供电轨联络开关。根据原设计，GCT2在正常运行时，为打开状态，当任意一座变电所整体故障退出运行时，将GCT2闭合，可以提高供电轨电压。GCT2闭合后，由于上下行供电轨被并联，故上下行之间联络的电分段AG05、ISO09、AG07间的电势差减少。利用该原理，运维团队闭合了GCT2，并通过查看靴轨监控和现场检查的方式，确认AG05、ISO09、AG07拉弧及供电轨磨损情况明显减少，证明闭合GCT2，可以改善压差拉弧情况。
该方案优点是实施简单，经济性高，但也存在不足：当线路上任意一点供电轨发生接地或短路故障后，将导致全线变电所直流开关跳闸，运营影响较大。对调度人员处置故障的业务能力要求较高。
2、导向导通二极管装置消弧方案
利用二极管单向导通的特性，安装在供电轨电分段交界处，可起到消除受流器滑过不同供电轨电分段时，由于压差引起的拉弧或内部导线的瞬时过载现象。
图3为安装单向导通二极管装置，简化前、后的等效原理图。具体方案如下：在既有供电轨正、负极电分段的左右两侧，各新增一个电分段。并在新增的电分段处各安装一个二极管回路，形成两个供电轨单向供电隔离缓冲区。
图3中形成两个供电轨单向供电隔离缓冲区可阻止电分断绝缘接头两侧不同供电区域之间的反向供电。例如图中的供电左侧区和右侧区，在安装二极管后，当整列车受流器跨接左侧区和右侧区之间的电分段时，电流只会从左侧区和右侧区供电轨流向列车负载设备，而不会产生从左侧区和右侧区，或从右侧区和左侧区的横跨电流，这就防止了二者之间的横跨电流的产生。
当车辆经过电分段时，2#受流器刚好跨接在断口上，将两侧导通，同时左右两侧的二极管断口，没有被车辆受流器短路的情况下，整个供电轨分成了三段，即a、b-c和d段。设Ua电压高，则由于二极管的存在，有Ua=Ub=Uc>Ud（忽略二极管导通压降），右侧二极管反向截止，两侧供电轨之间通路被阻断。若Ub电压高，情况亦然。
当车辆继续前行，车辆后方1#受流器跨接在电分段上时，此时左右两侧的二极管断口依然不会被其它车辆的受流器短路，则仍然可以保持单向截止的功能，阻断了供电轨压差形成的横跨电流。

-全文完-