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城市域轨道交通供电系统新技术探讨

  轨道交通分类可根据地域概念分为国家干线轨道交通(普铁、高铁和省际)、城际轨道交通(省内城际)、市域轨道交通(市内组团间或组团与中心城区间,长度一般大于50km)城市地铁和轻轨。

  近年来,随着国内城市化进程的进一步深化,国内市域轨道交通发展迅速。

  系统制式选择

  影响制式选择的主要因素包括相邻线路换乘方案、速度目标值、车辆适应性、土建工程技术方案、机电系统技术方案和景观影响等。

  系统制式选择的核心是车辆型式、车辆速度指标及电压制式/电压等级。

  1)与国铁、地铁的联运与过轨需求。如需与国铁过轨联运,选择动车组;如需与地铁过轨联运,选择地铁A/B型车。

  2)速度目标值。120km/h及以下,选择地铁A/B型车,DC1500V;120~160km/h,选择动车组,AC25kV或地铁A/B型车,DC3000V;160km/h以上,选择动车组,AC25kV。

  3)资源共享。车辆大修过轨需求;电力资源共享需求。

  4)乘客舒适度要求。为满足列车在隧道内运行时的舒适度要求,隧道的最小断面要求。

  5)土建工程技术方案。地下隧道洞径影响:DC1500V需洞内景5.4m,AC25kV需洞内径7.6m;桥面宽度:DC1500V需桥宽9.3m,AC25kV需桥宽10.2m。

  6)高架线的景观要求。地铁车辆可采用接触轨,景观协调性稍好;动车组仅能采用架空接触网。

  广州市域轨道交通建设情况

  (1)广州市域轨道交通概况

  广州3、4、8、13、14、18、21、22号线均具有市域线的特点,新一轮轨道交通28号线、两机场联络线、新机场到市中心及南沙的线路均为市域轨道交通线路。广州市城市轨道交通远期规划线网规模共计23条线路,1025km,站点481座。

  (2)采用的供电系统新技术

  18、22号线正在建设,将于2020年底开通,将采用适应市域轨道交通AC25kV、160km/h的市域动车组;供电系统采用了一系列新技术,以进一步提高供电系统的运营安全性、可维护性,进一步降低运营成本及系统的全寿命周期成本。

  18、22号线属市域快线。18号线全长62.7km,设站9座,换乘站8座,平均站间距7.6km。22号线全长31.0km,设站8座,换乘站4座,平均站间距4.2km。18、22号线共同作为市域快线,承担连通万顷沙、广州南站、广州东站和白鹅潭四大枢纽,辐射琶洲、广州火车站、白云机场三大枢纽,实现南沙新区至广州东站30min的时空目标,打造广州成为国家“十三五”提出的国际性综合交通枢纽,实现珠三角地区综合交通和公共交通发展战略。为实现南沙至广州东30min的时空目标,结合工程客流及行车具体资料,推荐采用市域D型车,供电形式采用27.5kV、刚性接触网。经过分析,综合考虑车辆长期性能、乘客舒适度、工程包容性和软基沉降等因素,选用7400限界圆(盾构内经7700mm)可满足轨面以上净空面积及隧道阻塞比要求,满足轨道和接触网安装尺寸要求。

  资源共享技术。根据《广州市域城市轨道交通2016-2022年建设规划》专题研究,从线网规划的角度,同时考虑线路延伸至机场和中山及28号线、新机场至市区及南山线路,18、22号线建设主变电所共4座。

  同相供电技术。为适应工程高密度紧密运行要求,减少电分相对车辆运行的影响,节能降耗、提高电能质量,采用同相供电技术,取消全线电分相。结合目前同相供电系统的应用案例及相关设备的使用情况,推荐单相组合式同相供电方案,取消牵引变电所出口电分相;牵引所供电臂间推荐采用电子开关过分相,取消所间电分相。

  交流160km/h刚性接触网技术。接触网正线地下段采用架空刚性悬挂接触网,车辆段和停车场采用架空柔性悬挂接触网。为保证弓网关系,工程此阿勇曲臂式刚性悬挂、高速专用膨胀元件和弹性线夹,以满足160km/h架空刚性接触网运行要求。全寿命周期成本低、维护量小。供电可靠性强。

  分段测控保护技术。采用牵引网分段测控保护,隔离故障区间,实现小交路运行全系统采用61850保护技术,提高保护的选择性、供电系统运营安全性。

  供电系统智能运行维护技术,搭建在线检测系统、状态评估系统和设备信息管理系统,实现供电系统设备管理的自动化与智能化,进一步提高运营管理水平、降低运维成本。建设智能变电站。

  展望与建议

  随着国家城市化战略的深入发展,城市及城市圈的规模及空间将越来越大,对市域轨道交通建设的需求也越来越大。如何建立(包含供电系统在内)的安全、可靠、经济及绿色的市域轨道交通将是我们共同面对的问题,需要我们共同研究解决。

  1)DC3000V电压制式比较适合市域轨道交通,建议同时采用专用回流轨系统,以较好地解决直流供电系统的杂散电流问题。

  2)AC25kV牵引供电系统中,同相供电系统较好地解决了交流牵引供电系统的电能质量、列车过分相、列车制动能量回馈效率,目前系统及装置方案需进一步完善。

  3)适应250km/h速度目标值的国产化刚性接触网的应用。

  4)牵引供电系统的智能化及其运维管理模式的优化,以进一步提高安全性,降低运营成本。