李国胜，尹魁元

0 引言

城市轨道交通在国内发展迅速，北京、上海、广州等一线城市轨道交通运行模式已初具规模，随着城市规模的不断扩大，城市人口的不断增加，未来城市轨道交通除需发展新建线路外，既有线路扩能改造工程将会越来越多。

大连快轨3号线日均客流量已突破15万，且规划中与之接轨的大连金普线与大连 3号线延伸线项目已经启动，未来3号线运力需求与供给矛盾将继续加大，需要对其进行扩能改造建设。供电系统是扩能改造一个重要部分，通过对供电能力和既有设备详细分析，研究、制定合理的供电系统扩能改造方案对整个扩能改造工程具有重要意义。同时，对既有线路扩能改造工程的深入研究也可以为新建城轨工程提供一定的参考。

1 既有线路情况

大连快轨 3号线为大连市轨道交通路网中主骨架线路，起于大连火车站，止于金石滩站，全长48.882 km，2004年通车运行。

该线供电系统采用分散供电方式，全线进线电源是从后一路为前一路的备用电源，整个外部电源构成“手拉手”运行方式。共设牵引变电所12座，其中正线11座，车辆段1座，正线牵引变电所除1座设于区间外，其余牵引所均与降压变电所合建为牵引降压混合变电所。接触网采用全补偿简单链形悬挂方式。既有接触网导线配置情况见表1。

表1 既有接触网导线配置表

2 牵引供电计算

首先核实既有线路的供电能力，牵引供电计算先按改造后列车运行方式对既有 3号线供电设施能力进行校验，通过计算得出供电能力薄弱环节，然后针对薄弱点对改造范围内供电设施进行补强，最后按照最新的供电设施布置方案对其能力重新校验。

2.1 计算参数

（1）车辆选择。采用B型车，3辆动车2辆拖车，5辆编组，轴功率按180 kW考虑，列车最高运行速度为100 km/h。

（2）行车组织。采用大小交路结合方案，近期、远期行车对数如图1所示。

图1 近期、远期列车交路图

（3）线路资料。按照既有线路平面图，既有线路纵断面图进行计算。

2.2 牵引供电计算结果

牵引变电所总功率按正常双边供电计算；当有牵引所故障解列时按大双边供电计算。单边供电列车启动时最大电压损失在供电区的终点；双边供电启动时最大电压损失发生在供电区的中点。考虑线损，分别求得既有牵引所正常状态和故障状态下的牵引网网压。既有方案供电计算结果如表2和表3所示。

表2 既有方案正常状态下供电计算结果表

表3 既有方案故障状态下供电计算结果表

由表2、表3的计算结果可以看出，既有牵引变电所分布方案难以适应改造后的列车运行要求，大连湾牵引所解列大双边供电区间10.135 km，牵引网最低网压954 V，保税区牵引所解列大双边供电区间11.502 km，最低网压931 V，不能满足接触网最低网压1000 V的要求。

扩能改造工程考虑针对上述供电能力不足区段进行补强，解决牵引网电压不能满足要求的问题。供电设施增补如下：

（1）新增牵引变电所2座，引入10 kV外部电源进线2路，其中1座为区间牵引变电所（A所），位于大连湾—后盐区间，另1座位于开发区站。

（2）火车站至保税区区段接触网上下行各并联截面150 mm2铜绞线1根。

改造方案供电计算结果如表4、表5所示。

表4 改造方案正常状态下供电计算结果表

表5 改造方案故障状态下供电计算结果表

供电系统改造后，由表4、表5可知，改造后所有区段大双边供电网压均高于1000 V，满足要求。供电系统进行补强后可以解决既有方案存在的供电能力不足的问题，且留有一定余量，保证改造工程具有较好的远期适应性。

3 具体改造方案研究

3.1 供电系统改造思路

供电系统扩能改造的原则是仅加强局部能力不足地段，尽量减少对既有供电设施的改变，维持既有运行管理方式且方便施工。

3.2 牵引供电系统改造方案

新建变电所中压环网电缆采用“破口”接入保税区—开发区、大连湾—后盐区间中压网络。其中对既有的保税区—开发区、大连湾—后盐区间10 kV中压环网电缆、联跳电缆及所间闭锁电缆利旧，对区间电缆在新建变电所位置附近“破口”，设置电缆中间接头延长至新建变电所。

新建变电所主接线及运行方式保持和既有线一致，交流10 kV侧接线采用单母线分段型式，2段母线间通过母联断路器互联。10 kV每段母线各设一组电压互感器和避雷器，用于母线电压测量、母联断路器检压自投及过电压保护用。直流1500 V母线采用单母线接线型式。整流器正极通过电动隔离开关与直流1500 V母线相连，负极通过手动隔离开关与负极柜中的负母排连接。整流器出口端正、负母线间以及1500 V正、负母线对地间各设置1台避雷器作过电压保护用。

3.3 接触网改造方案

（1）对于因线路、桥梁、车站建筑结构等改造引起的接触网改造，均按照既有线路标准改造，采取对既有线影响最小的方案。

（2）新增牵引所接触网改造方案。由于增加牵引所，接触网需要在新增牵引所附近增加接触网电分段，若按照既有线路标准改造，需在既有线路上增加绝缘关节，对接触网影响较大，本着对既有线影响改动最小的原则，采用在接触网上增加分段绝缘器方式来实现电分段。

（3）增加接触网导线截面接触网改造方案。由于供电方案的变化，接触网需要增加导线截面，可以采用下述方式：

a.接触线由 1×CTAH-120型变为 2×CTAH-150型，该方案需要更换接触网定位环和吊弦、增加定位管、定位器以及接触网与辅助馈线的电连接等，接触网改动最大，对既有线运营影响最大。

b.承力索由1×JT-150型变为2×JT-150型，该方案需要更换吊弦、增加接触网与辅助馈线的电连接等，与方案a相比接触网改动和对运营影响都较小。

c.辅助馈线由2×JT-150型变为3×JT-150型，对于新增加的1根馈线有2种安装方式：一是采用三线线夹，把新增馈线与既有 2根馈线安装在一起，该方案需要更换馈线线夹、新增馈线并联线夹、增加接触网与辅助馈线的电连接等，对既有线运营影响较小；二是新增馈线采用单独的馈线线夹和馈线底座安装，该方案需要增加馈线线夹、馈线底座、馈线绝缘子以及接触网与辅助馈线的电连接等，该方案对接触网既有线运营影响最小。

通过以上分析，对于新增馈线，采用增加1根辅助馈线、新增单独馈线底座和线夹的安装方式。

（4）新增车库接触网改造方案。在新增车库范围内根据工艺要求架设接触网，其主要技术标准与既有车库的接触网保持一致，新增接触网与既有车库接触网通过接触网上分段绝缘器进行电气分段，并设置网上联络开关。

4 结论与建议

在牵引供电计算的基础上，分析了扩能改造工程中需要补强的供电设施内容，通过比选给出了牵引变电所和接触网具体、可行的改造方案，希望能为国内城轨供电系统的同行提供一定参考。新建城市轨道交通工程时土建工程应考虑为远期扩能预留接口条件；如地上段接触网支柱、基础容量在设计时要留有余量；地面车站，当接触网利用房建结构悬挂吊柱时，除考虑正常悬挂的吊柱载荷外，需考虑扩能时增加馈线所增加的载荷以及安装空间。

[1]地铁设计规范GB 500157-2003[S]北京：中国计划出版社，2003.

[2]徐光强.大连市快速轨道交通三号线工程接触网施工图[Z].成都：铁道第二勘察设计院，2002.

[3]于松伟，杨兴山，韩连祥，等. 城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.

[4]许斯河. 地铁工程设计指南[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[5]吴凤娟. 重载铁路牵引供电方案与接触网载流能力的分析[J].铁道机车车辆，2008（5），70-73.