城市轨道交通架空刚性接触网汇流排载流能力

2012-09-21张宏武张烈忠王展翔

电气化铁道 2012年6期

张宏武，张烈忠，王展翔

0 引言

在城市轨道交通的架空刚性接触网中，列车通过汇流排的载流从牵引供电站取得运行所需电能。汇流排需具备的载流能力应根据列车运作所需的电量来确定。导体的载流能力，一般均以某一定值的连续性电流予以定额，在该连续性额定电流值下，导体发热的最高稳定温度应不超出导体材料允许的最高工作温度。

在城市轨道交通系统中，列车负载电流的数值变动较大，波形并非恒定和连续不变。因此，引用连续性定值电流的概念，对汇流排应具备的载流能力予以定额和试验验证，并不切合实际。如何结合城市轨道交通列车运行的实际，作出相适应的规范，是值得进一步分析和关注的问题。

1 城市轨道交通列车负载电流

图1是城市轨道交通系统中，列车在两地铁站间隔间行走时取流与运行速度的典型实测波形。列车最高时速为110 km，取流最高峰值约为2 700 A。

图1 地铁列车行走时取流及运行速度波形图

图1显示，列车的取流可划分为3个区段，分别与图中加速区段A，稳速区段B，隋行减速区段C等阶段相对应。

区段 A的电流主要用于列车的加速，此时列车处于能量需求最大阶段，所以取流的持续时间与波幅相对都较大。

区段 B的电流主要用于克服列车运行中的阻力，使列车维持己达到的车速，列车需求的电能大为减小，电流显著地变为间歇、分散和短暂脉冲的波形。

区段 C为惰行减速区，列车基本上无驱动能量输入的需求。相反地，积累能量过多时，还可能出现制动电流反馈的现象。该阶段列车取流的数值，从汇流排的发热效应看，已可等零视之。

为便于分析，列车主要取流区（A），（B）的电流波形，按等效发热及从严处理的置换原则，可集中地由图 1中虚线方块面积的电流波形予以替代，并通式化地表达为

按图1，式（1）的I为列车在区间内平均受流值（相当于虚线的方块面积的电流幅值1 500 A），Y取0.5，t为列车在区间行走的总时间150 s。

2 汇流排承载电流

一般仅当列车在滑过的汇流排路段内才会出现载流。在隋行区，尚无越区供电，汇流排载流的数值一般很小。可见，汇流排在间隔内不同地段的载流值不尽相同，一般以加速区内最大。

汇流排承载电流的波形除与列车的取流密切相关外，还与下述因素密切关联：牵引供电站设置的密度，列车班次的密度（列车相距时间），车站间的距离（间隔行车时间），列车运行的速度，列车编组，行车操控的方式（手控抑自动程式操控），双边抑单边供电等。在不同的因素组合下，汇流排承载电流的大小及波形有着不同的反应。

牵引供电站一般相隔2～3个车站设置1个。间隔行车时间多在1～3 min。列车班次密度（列车相距时间）与运行的高、低峰期有关，一般多在3 min或以上，行车相距时间取决于系统信号能力的水平及安全因素，最短约为2 min。列车最大运行时速多在80 km以下，个别在110～120 km。在正常运行状态下，列车均由双边供电，单边越区供电一般属于系统故障时的一种暂态运行方式。

以下对汇流排承载电流的波形试图作一分析，并以下述设定为基础：间隔内的行车时间为2 min，列车相距时间为 2～4 min，列车最大时速为110 km。

图2—图5显示了在不同供电设置和列车运行条件下，两站间汇流排的载流波形和平均值，载流波形均按第1.2节中列车受流的典型模式表达，其中I为列车在间隔内的平均受流（列车最大时速为110 km时，数值为1 500 A）。在图2所示的列车运行条件下，汇流排载流的幅值等于列车取流值的50%。

图2 双边供电，间隔行车时间2 min，

在图3所示的供电和列车运作条件下，汇流排载流的幅值基本上与列车的取流值相同。

图3 双边供电，间隔行车时间2 min，

在图4所示的供电和列车运作条件下，汇流排载流幅值等于列车取流值的1.5倍。

图5相当于系统出现故障单边供电的情况，汇流排承载的电流基本上等于列车负载电流值的 2倍。载流波形示于图下方。

综观图2—图5的电流波形，汇流排出现最大载流幅值的条件是：“间隔行车时间=列车相距时间”。此时汇流排载流的波形如图 4、图 5下方所示，为一间歇性循环负载的特性曲线：“在50%的区间行车时间内为一定值载流；而其余50%的区间行车时间内为空载运行”。图3所示的载荷电流虽为连续性定值负载波形，但汇流排的载流还未达最大波幅值。