城市轨道交通系统架空接触网电分段的设置

刚性悬挂通过锚段关节实现机械和电气分段。 在锚段关节处，两条汇流排平行重叠，重叠长度一 般为 3.6 m，水平间距为 200～300 mm。采用这种 方式后两个相邻供电分区的接触线按平行等高重 叠布置，见图 2b，因此同柔性接触网的锚段关节 形式电分段的情况相同，可以基本消除列车受电弓 过电分段时的拉弧现象，保证了列车受流质量。 1．3 锚段关节形式电分段的设置位置分析
（2）对大电流脱扣保护的影响。大电流脱扣 的整定依据主要是直流短路电流值和最大馈线电
流值。以接触网等效阻抗较大的柔性悬挂方式，牵 引整流机组为 3 000 kW 的 1 500 V牵引供电系统为 例，其远端短路直流短路电流一般不低于 20 kA， 最大馈线电流一般不超过 3 kA，而大电流脱扣保 护整定范围普遍在 4～12 kA，整定值一般在 6 kA 以上。
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可以看出，该过程中受电弓与供电分区 B 接触线 之间的电压差即为与直流母线电压 U1 的电压差 U12，而 U12 实际为直流馈线电缆回路的电压降：
U12=（I 启动/2）×单根馈线电缆单位电阻×电缆 长度/每回电缆根数
=（3 000/2）×0.047×0.1/4=1.76 V 可见，弓网之间的电压差非常小，这说明弓网 间隙只有在极小的情况下才会出现放电现象。另 外，电分段采用等高重叠布线的锚段关节形式，相 对分段绝缘器方式而言，彻底改善了弓网配合特 性，避免了分段绝缘器方式的电分段中存在的接触 “硬点”，解决了受电弓过电分段时因受力突变带 来的振荡离线拉弧的问题。 通过在上海城市轨道三号线和广州地铁二号 线的使用，也证实了列车在通过设置在车站出站端 的锚段关节形式电分段时，弓网未出现明显的离线 拉弧现象。
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电气化铁道
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二）？下面从技术、工程实施及投资等方面进一步 分析和探讨。
依照规范要求，将电分段设置在列车进站端的 方式虽然可以解决拉弧问题，但也会带来一些其他 问题：
（1）工程投资加大。由于牵引变电所工艺要 求及受车站工艺设计的限制，牵引变电所一般设置 在车站站台层一端，如按规范要求，则有一处电分 段位于远离牵引变电所的车站一端。目前，一般车 站长度在 150～250 m，如果按 200 m 考虑，则方 式一比方式二的电缆路径长 100 m 以上。如果每回 1 500 V 直流馈线电缆数量按 4 根（1×400 mm2）， 电缆价格 13 万元/km 计，仅直流电缆一项，方式 一比方式二每处电分段多投资 10 万多元。如再考
《地铁设计规范》（GB50157-2003）规定应设 置在下列各处：“有牵引变电所车站的车辆惰行 处；……”，电分段在车站中设置方式见图 3 的方 式一。
列车行驶方向
牵引变电所直流母线
方式一：电分段设在列车进站端 牵引变电所直流母线
方式二：电分段设在车站牵引所一端
图 3 电分段在车站中设置方式示意图
Key words: electric sectioning; arcing; DC feeder protection; new way of thinking
中图分类号：U239.5
文献标识码：B
文章编号：1007-936X(2004)02-0032-05
随着我国城市建设的快速发展，城市轨道交通 并入了国民经济快速发展的轨道。由于国内各地城 市轨道交通项目同时建设，因此各工程的设计结合 了各地的具体情况并借鉴了不同国家的技术及经 验，形成各地城市轨道交通设计技术方案的多样性 和多种技术形式共存的局面，其供电系统也不例 外。
离线并出现较为明显的拉弧现象，影响列车的受流 质量。
锚段关节形式适用于空间条件较好的地面及 高架线路，由于在电分段处两个相邻供电分区的接 触线平行重叠，因此可以基本消除列车受电弓过电 分段时的拉弧现象，保证了列车受流质量。接触网 锚段关节形式的电分段示意图见图 2a。
1．2．2 刚性悬挂方式的电分段
各种保护功能的整定原则主要包括以下内容： 大电流脱扣整定值应高于相应的最大直流馈线电 流；di/dt 及∆I 保护主要应考虑与列车特性相配合， 躲过列车的起动电流、制动电流、列车过电分段时 的冲击电流和馈线重合闸时的冲击电流为原则； di/dt 及∆I 的保护应躲过被保护范围外部故障时的 故障电流。
作者简介：杨卫海，中铁电气化勘测设计研究院，工程师， 天津 300250，电话：022-26020998。 32
目前，由于受接触网形式及安装空间的条件限 制，国内外架空接触网电分段的采用形式不尽相
城市轨道交通系统架空接触网电分段的设置 杨卫海种形式。
1．2．1 柔性悬挂方式的电分段
M 常开电动隔离开关
供电分区 B
M 常闭电动隔离开关
图 4 锚段关节形式电分段示意图
第 1 阶段：供电分区 A 的接触线向列车受电弓
列车受电弓均从供电分区 A 的接触线上受流，
供电；第 2 阶段：通过节点 1，进入并行接触区后， 每个受电弓电流为启动电流的一半，即 1 500 A；
供电分区 A 及供电分区 B 的接触线共同向列车受 当列车行至节点 1 时，列车前端受电弓将由供电分
through the electric sectioning and the protection of DC feeders, it proposes that the electric sectioning, in a type of
contact line section of OCS in urban mass transit, shall be set in the same side of station and traction substation.
2．2 直流馈线保护影响分析
当列车启动通过设置在出站端的电分段时，会 不会因电流的突变对继电保护带来影响，造成保护 装置误动而导致直流馈线开关误跳。下面结合直流 馈线保护原理作一分析。
（1）直流馈线保护主要包括直流快速开关本 体自带的大电流脱扣保护和继电保护装置中的电 流变化率 di/dt 及电流增量∆I 保护。目前国内 1 500 V 牵引供电系统普遍采用的直流馈线保护装置主 要集中在西门子、赛雪龙和 Adtranz 三家，虽然三 家的保护装置在整定方式上各有不同，但原理和功 能基本相同，均是通过利用电流变化率和电流增量 判断保护是否出口。
电弓供电；第 3 阶段：通过节点 2，进入供电分区 区 A 接触线供电转变为由 A、B 两区的接触线共同
B 后，供电分区 B 的接触线向列车受电弓供电。 供电，在转变的瞬间，供电分区 B 的接触线与受
不难看出，列车受电弓过电分段时，可能产生 电弓存在由分离到接触的过程。
拉弧现象的位置是在节点 1 和节点 2 的弓网结合和
虑低压控制电缆、电缆支架及工程安装费用等因 素，则工程造价差异更大。
（2）工程实施难度大。由于城轨车站内各种 管线及数量繁多，且相互交错干扰。就专业施工组 织协调的难度而言，方式一也大于方式二。
2 直流馈线保护影响和拉弧问题分析 2．1 拉弧问题的分析
产生拉弧的前提条件是：受电弓与接触线之间 存在空气间隙及必要的电压降。
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城市轨道交通系统架空接触网电分段的设置
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摘 要：结合工程实践提出了城市轨道交通系统中 1 500 V 架空接触网电分段设置存在的问题，通过对受电弓过
电分段可能产生的拉弧问题及对直流馈线保护的分析，提出将城市轨道交通系统架空接触网锚段关节形式的电分
段设置在车站与牵引变电所同一端。
本文对工程中 1 500 V 接触网正线采用不同形
式的电分段在设置中存在的问题进行了分析和探 讨，并提出一些认识和建议。
1 电分段作用及形式
1．1 电分段的作用 电分段的作用是通过在接触网中设置特殊的
装置或结构形式将接触网分隔成若干个从结构和 电气上相互隔离的区段。
车站
车站
车站
车站
车站
车站
MM M
MM M
从上述数值可以看出，当列车前端受电弓通过 节点 1 时，馈电电流 I2 的电流增量为 750 A 左右， 即使与直流馈线最大负荷电流相加，也达不到保护 定值，因此不会影响大电流脱扣保护出口的可靠 性。
（3）对 di/dt 及∆I 保护的影响。对 di/dt 及∆I 保护整定时，往往需要考虑并避让各种正常运行情 况下出现的电流变化率和电流增量，如列车启动、 制动、列车过电分段以及直流快速开关重合闸时带 来的电流变化。
M
M
M
MMM
M MM
M
M M
牵引变电所
挂网线路
电分段
M 常开电动隔离开关
M
常闭电动隔离开关
图 1 正线接触网的电分段示意图
接触网被电分段分隔成若干个独立供电分区 故范围控制在尽可能小的范围内，实现安全、可靠
后，可以实现各供电分区由相应的牵引变电所分别 运营。正线接触网的电分段示意图见图 1。
供电，保证供电质量，同时，在接触网故障时将事 1．2 电分段的形式
柔性悬挂中的电分段，如图 4 所示，当列车从 供电分区 A 经过电分段进入供电分区 B 时，列车 受电弓从接触网取流可分为 3 个阶段。
受电弓 电压 U2
接触线
I1 节点 1
牵引变电所直流母线
I2 MM
U1 直流馈线
M 节点 2
平行接触区 20～30 m
接触线
列车行驶方向
供电分区 A
直线馈线开关
关键词：电分段；拉弧；直流馈线保护；新思路
Abstract: With reference of actual practices in the projects, the paper raises the existing problems in setting 1 500 V