淮安市现代有轨电车一号线供电系统分析

郑 伟

淮安市现代有轨电车一号线供电系统分析

郑 伟

介绍了江苏省淮安市现代有轨电车一号线供电系统的设计要求和构成，总结了工程经验，并对今后类似工程提出建议，为现代有轨电车的推广及发展提供了借鉴和参考。

现代有轨电车；供电系统；分析

0 引言

随着中国城市化进程的加快，交通拥堵、通勤时间长等城市问题逐渐受到人们的关注。作为城市公共交通重要组成部分的有轨电车以其大运量、小编组、组织运行灵活、运行成本较低等优点越来越受到大中型城市的青睐。

淮安市现代有轨电车一号线是江苏省第3条、江苏省北部第1条建成并投入运营的现代有轨电车线路。线路全长约20 km，连接淮安市的淮阴、淮安2大城区，共设置23座车站。线路采用100%低地板超级电容电车，电车只在车站停靠时通过充电架进行快速充电。超级电容电车的采用对整个有轨电车的供电系统提出了一系列新的要求。

本文针对该工程供电系统与传统有轨电车供电系统的不同点，介绍该工程的设计特点，对该工程进行经验总结，并提出建议，以期为今后现代有轨电车的推广和发展提供一些借鉴。

1 用电负荷概述

有轨电车用电负荷包括有轨电车机车、车辆段各建筑单体用电及沿线车站用电3部分。

有轨电车机车经充电架充电，供电电压为DC 1 500 V。充电架分布在正线、出入场线及车辆段各功能车库内。机车采用超级电容作为储能设备，其特点为充电快、电流波形陡峭、充电电流大。

车辆段各建筑用电为普通低压配电，供电电压为AC 380/220 V，与其他地铁工程中车辆段相似。

沿线车站用电为普通低压配电，供电电压为AC 380 V。该部分用电负荷沿线路分布，其负荷特点为线性分布，分布分散，各点容量较小。

2 供电系统设计需要考虑的几个问题

（1）有轨电车为城市的重要公共交通工具，机车及停车场的用电负荷等级为二级；沿线车站用电负荷等级为三级。

（2）该工程位于江苏省北部，当地以10 kV为主要配电电压，经过计算该工程负荷密度也在10 kV电压等级可承担的范围内。故该工程供电系统配电网络电压等级选择10 kV较为合理。

（3）该工程机车为超级电容机车，充电电流大，在进行整流设备选型时，不仅需要考虑设备容量，还需考虑设备短时过负荷耐受能力。

（4）超级电容充电电压为DC 1 500 V，综合考虑供电电压等级、负荷特性及充电电流，沿线各牵引变电所间距宜设置为1.5～2.5 km。

3 供电系统介绍

3.1 供配电设计方案

3.1.1 10 kV配电系统

考虑该工程用电负荷计算容量约为33 720 kV·A，结合当地电源特点，全线（含车辆段）设置4座10 kV开闭所为全线10座牵引降压所配电，开闭所与牵引降压所10 kV开关柜统筹考虑。每座开闭所10 kV母线采用单母线分段设置母联开关，由地方电网引入2路10 kV电源，互为备用，当一路进线故障时，闭合母联开关，全所负荷由另一路电源供电，满足用电负荷的供电可靠性。

3.1.2 牵引供电及直流系统

每座牵引变电所由同一段母线引出2路电源至2台整流变压器，2台1 250 kV·A变压器采用Dy5d0/Dy7d2接线方式，变压等级为10 kV/1.18 kV。变压后接至2台1 140 kW的24脉波整流器，再经直流开关柜分配至各车站（或车辆段内车库）的充电架。车站两端与区间铁轨间设置绝缘节，焊接回流电缆至牵引所负极柜，完成直流回流。

3.1.3 低压配电系统

正线变电所引出1路400 V电源，引至车站用电负荷，各车站间采用链式供电。

车辆段低压配电是由设置于停车场两端的10 kV牵引变电所各引1路电源至2台低压配电变压器，输出电压为400 V，采用单母线分段的接线方式，满足车辆段内负荷的用电要求。配电室采用辐射式供电，一级负荷在末端进行电源双切。

沿线车站的供电由沿线变电所低压配电柜提供，车站负荷主要为照明、信息发布屏等，且容量较小，故2变电所间车站采用链式供电。

3.2 继电保护

3.2.1 10 kV中压配电网络继电保护

10 kV中压开关柜设置交流快速断路器，由地方电网引入的10 kV进线开关设置过电流速断保护、过电流保护及零序电流保护。所间10 kV电缆设置电流差动保护、电流速断保护、过电流保护及零序电流保护。

3.2.2 整流及直流系统继电保护

10 kV电源线至整流变压器断路器间设置电流速断保护、过电流保护、零序电流保护及过负荷保护，对中压开关柜至整流变压器间电缆、整流变压器及整流变压器至整流器间短电缆进行保护。整流器设置内部保护，整流器至直流开关柜间直流电缆使用隔离开关作为检修断点，但不设置保护。直流馈线断路器设置d i/d t、ΔI、热过负荷保护、电流速断、过电流、大电流脱扣保护、双边联跳保护及自动重合闸。另外，直流开关柜整体采用绝缘安装，柜体统一接地，采用框架接地保护。

3.2.3 配电系统继电保护

10 kV电源线至配电变压器断路器间设置电流速断保护、过电流保护、零序电流保护及过负荷保护；400 V进线开关设置大电流速断、短延时、过负荷及接地保护的4段保护；母联开关设置大电流速断、短延时及过负荷保护；各馈线开关设置过负荷及电流速断保护；对于其中某些输电距离过长的回路，设置接地保护。

3.3 电气测量

10 kV进线处按照当地供电部门要求设置电气测量装置。变电所间10 kV线路设置电流测量装置。配电变压器10 kV馈线电缆处设置功率因数测量及有功功率测量装置，其他位置选择性设置电流电压测量装置。

3.4 杂散电流

淮安市现代有轨电车一期工程牵引供电系统是以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统。由于运营环境、经济及其他因素限制，走行轨不可能完全与道床结构绝缘，因此牵引回路电流不可避免地经走行轨向道床及其他结构泄漏产生杂散电流。为尽量避免和减少杂散电流对土建结构钢筋及地下金属管线的腐蚀，对杂散电流采取“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的综合防护措施。

4 与接触网式有轨电车供电系统差异比较

因机车采用超级电容机车，负荷特性及供电方式均与传统接触网式有轨电车不同，致使二者的供电系统也有一定差异，以下简单分析二者的不同。

4.1 设备容量的选择

超级电容机车充电时的电流比接触网供电机车的启动电流大很多，对变压器、整流器、直流开关柜等整个直流系统的短时过负荷都有较严格的要求。工程中相关设备的选型已对该因素作了充分考虑并在技术规格书中提出了相应要求。另外，整流系统整定值也需避开充电电流；因充电电流均为短时大电流，故电缆规格可按较低标准进行选择。

4.2 负回流及轨电位系统

超级电容机车仅在车站停靠时进行充电，故车站范围以外的钢轨可不参与负回流，大大减少了杂散电流的产生；轨电位监控装置只需监控车站范围的钢轨，更有利于保障人员的安全。

5 经验总结及建议

由于超级电容机车在该工程之前应用较少，笔者认为本系统还有很多细节需斟酌和推敲，故在此一并提出，希望可以引起读者的思考。

（1）有轨电车10 kV供电系统与传统城市轨道交通供电系统类似，但需要注意因充电大电流引起的电压闪变对电网的影响。其直流系统与传统直流系统相似，但在设备容量选择及保护整定值上需考虑超级电容电车的负荷特性。其配电系统与传统配电系统大致相同。

（2）正线车站用电负荷容量小，供电可靠性要求低，是否可以就地引入市政电源，以节约正线低压电缆，值得思考。

（3）城市道路附近地下管线情况复杂，有轨电车项目对杂散电流的重视程度应高于地铁或轻轨。城市有轨电车的铁轨不同于地铁，实现全线绝缘安装难度极大。对于超级电容有轨电车项目在参与回流的车站范围段内，钢轨是否可进行特殊安装，以减少杂散电流的产生，值得深思。

6 结语

随着各地现代有轨电车的不断发展，其将成为城市交通的重要组成部分。超级电容机车作为现代有轨电车中一种重要形式，无需全线挂网、城市景观好的优点也越来越被一些城市认同。本文通过分析淮安市现代有轨电车一号线的超级电容有轨电车供电系统的特点，简析其与传统轨道交通有轨电车的不同，为超级电容有轨电车的推广和发展积累经验，同时也为类似工程建设提供借鉴和参考。

[1]GB 50052-2009供配电系统设计规范[S].

[2]GB50157-2013地铁设计规范[S].

The paper introduces the design requirements and composition of power supply system of line 1 of modern tramway of Huai’an city of Jiangsu province,summarizes the engineering experiences,puts forward proposals for the similar projects in the future,and provides references for promotion and development of modern tramways.

Modern tramway;power supply system;analysis

U239.3

B

1007-936X(2017)06-0065-03

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.017

郑 伟.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，工程师。

2017-02-13