无锡地铁1号线列车母线高压电路设计与探讨
无锡地铁1号线列车母线高压电路设计与探讨
程永谊;钮海彦
【摘 要】基于城轨列车通过断电区对车辆控制和系统安全的风险控制要求,结合目前应用的几种典型列车高压母线电路特点,提出无锡地铁1号线列车高压母线电路设计优化方案,并对受流器的配置提出了新的设计思路.
【期刊名称】《现代城市轨道交通》
【年(卷),期】2013(000)001
上海到无锡动车时刻表【总页数】4页(P14-17)
【关键词】城轨车辆;列车母线;高压电路;第三轨供电
【作 者】程永谊;钮海彦
【作者单位】
【正文语种】中 文
0  引言
无锡地铁1号线供电采用第三轨DC1500V方式，车辆编组为4动2拖的形式。第三轨使用寿命长、维护量小，DC1500V供电具有损耗小、效率高、电压变化率较小、电能质量较好、杂散电流小，并有利于减少对地下金属建筑物的腐蚀等优点。因此，同期建设的青岛地铁3号线、上海地铁16号线和天津地铁4、5、6号线等均采用此供电方式。然而，此方案在便于供电系统建设的同时，也带来了车辆设计的复杂性，特别是列车高压母线电路的设计对车辆自身系统安全和运营维护等提出了更高的要求。
1  城轨列车母线的设计原则
1.1 列车母线作用
在第三轨供电系统中，不同的变电所、线路设计、道岔设计、安装条件等，会出现长短不一的断电区，当列车通过这些断电区时，牵引系统主回路会产生短时失电现象。在牵引工况时，车辆上的逆变器因欠压而停止工作，而离开断电区时，逆变器检测到线路网压正常
后又投入工作，这样必然对电气设备造成电流冲击，同时也对牵引性能带来了负面影响。在电制动工况时，若列车正好通过断电区，逆变器也停止工作，列车无法实施再生制动，只能用空气制动，这将导致闸瓦磨耗加剧。
在列车通过无电区时，辅助逆变器因失电而停止工作，又会影响列车空调，照明等正常工作，影响乘客舒适度。设置列车母线的作用就是使列车在运行中尽可能得到稳定的网压，保证列车各项功能的正常发挥。同时，出于安全的考虑，在母线电路中设置必要的接触器和高速断路器，用于防止无电区之间的桥接和起短路或过流保护的作用。
1.2 列车母线设计依据
(1）断电分区设计。第三轨作为车辆供电的直接来源，其断口设置直接影响车辆连续、可靠受流，因此，要尽最大限度地连续铺设，少设断轨，但有时出于功能和安全上的需求，第三轨需要设置断口，其断口形式为：电分段区断口、道岔断口和连续断口。其中电分段区断口分2种，一种是电分段区两侧第三轨分属于2个供电区段供电；另一种是电分段区两侧第三轨由同一供电区段供电。正线上断电区长一般为14  m，在列车进库区段及折返线上，断电区长度在14  m以上，甚至超过列车的长度。
(2）车辆系统安全。保证列车通过长大无电区时，每个受流器的电流控制在合理的范围内，熔断器的取值不可过大，否则影响熔断器的保护功能。在列车运行至较长的无电区，由于大部分受流器无电，只有少数受流器受电，列车母线通过的电流非常大，因此，在车辆设计时需要全列车应确保至少有2个受流器同时受电。对受流器及其熔断器选型要合理，满足列车通过各种极端工况，确保系统安全可靠。
(3）运营维护安全。保证列车不桥接2个不同的供电作业区。避免出现在一端供电区故障时，由于列车牵引母线桥接，将该端的故障引入无故障的供电区，或一端的第三轨正在进行维修作业，当列车运行通过此断电区时，发生2个供电区桥接，造成重大安全事故。因此，在列车母线中必须分段设置母线接触器和母线高速断路器，在进车辆段、进站或速度低于5  km/h低速运行时，保证每个动车独立受电或停滞于电分段区段时均不会连通2个相邻的供电分区。
(4）车辆电气设备寿命。正线运营时，列车始终处于全列车带电状态，列车通过断轨区时不间断供电，应避免出现电气设备频繁起停，提高电气设备寿命。
(5）受流器与三轨之间的拉弧。受流器的设计应充分考虑受流器与第三轨之间可能产生的
电拉弧，防止出现第三轨电腐蚀，同时，也应避免故障受流器脱靴时与第三轨安装支架上的螺栓产生拉弧现象。
列车母线高压电路的设计应根据各地城市轨道交通线路断电区具体设置情况，充分考虑对车辆系统安全、运营维护安全、电气设备寿命和三轨电腐蚀等影响，结合不同的牵引供货商对系统安全的理解和车辆厂对受流器的布置，设计出更优的列车母线高压电路。
2  列车母线高压电路型式
典型的设计方案主要有3种：单元内牵引母线贯穿型、列车牵引母线全贯穿型和全列车不贯通型，下面对这几种方案进行比较分析。
2.1 单元内牵引母线贯穿型
武汉地铁1号线车辆采用2M2T编组方式，DC750V供电，牵引系统由东芝（架控）提供。列车单元内牵引母线贯穿方式分别以Tc1、M1车和Tc2、M2车为一个单元。在列车正常运营过程中，通过控制Tc车上BHB箱中的母线接触器BLB使列车单元内2节车辆间牵引母线相互贯通或断开，列车最大能通过32.1  m的无电区而不损失动力，列车停车后可避免通过列
车造成地面三轨间桥接问题。
2.2 列车牵引母线全贯穿型
天津地铁1、2、3号线车辆采用3M3T编组方式，DC750V供电，牵引系统由三菱（车控）提供，采用列车牵引母线全贯穿方式。在列车正常运营过程中，通过控制邻接Tc车的M车上的BHB箱中的母线高速断路器BHB使列车中间车辆牵引母线相互贯通或断开，列车最大能通过110.1  m的无电区而不损失动力。由于该高压方案中Tc车与M车之间牵引母线死接，在列车停车后，当三轨间无电区大于19.5  m且小于32.1  m时，存在通过列车造成地面三轨间桥接问题。
深圳地铁3号线车辆采用为4M2T编组方式，DC1500V供电，牵引系统由韩国现代ROTEM（车控）提供，采用列车牵引母线全贯穿方式（Tc、M、M车为一个单元），具体电路如图1所示。在列车正常运营过程中，通过控制母线设备箱（BHB+BLB）中的母线接触器BLB使列车2单元车辆间牵引母线相互贯通或断开，列车最大能通过110.1 m的无电区而不损失动力。由于该高压方案中Tc车与相邻两M车之间牵引母线死接，在列车停车后，当三轨间无电区大于19.5  m且小于51.6 m时，存在通过列车造成地面三轨间桥接问题。
图注：CS：受流器SF：受流器熔断器SA：浪涌吸收器 BF：母线熔断器 MF：主熔断器 VF：模式开关熔断器 VPD1、VPD2：车间电源插座 MSB BOX：车间电源箱 APS：辅助电源系统 IVF：辅助电源供电电路熔断器

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