DCTPS在城市轨道交通牵引供电系统中的应用

邢玥，星成武

（中铁电气化局集团有限公司设计研究院，北京100000）

1 工程概况

昆明市轨道交通4 号线工程（以下简称“4 号线工程”），起于昆明西北部的陈家营站，终到昆明火车南站，全长约43.393km，全线设陈家营站、大河埂站、大塘子站、小屯站、昆明火车南站等29 座车站。供电系统采用110/35kV 两级电压集中供电方式，动力照明配电系统共用35kV 供电网络。牵引供电制式采用直流1500V 接触轨供电、走行轨回流方式。全线设17 座牵引降压混合变电所（其中，正线14 座，车辆段和2处停车场各设1 座）。

2 直流牵引供电仿真系统

直流牵引供电仿真系统，通过牵引计算获得站间运行时分、运行速度、平均速度等信息，同时，在此基础上进行供电计算，对结果进行统计评估，并以文本、CAD 等形式输出数据报表。直流牵引供电仿真系统框图，如图1 所示。

在DCTP 软件仿真中，列车优化操纵策略，综合考虑复杂线路条件，采用多质点列车模型模拟列车运行，对列车控制策略和控制策略转换点位置采用统一的变长实矩阵编码，通过多种群遗传算法寻找合理的列车优化操纵序列[1]。列车运行仿真计算过程如图2 所示。

图1 直流牵引供电仿真系统框图

在DCTP 软件仿真中，24 脉波整流机组是由2 套12 脉波机组同时挂接在同一段母线上，并联运行。其中，12 脉波牵引整流机组，如图3 所示。对于单台整流机组运行情况下，12 脉波的整流机组，空载直流输出电压Ud12为：

图2 列车运行仿真计算过程

式中，U2为二次侧线电压额定值；ω 为工频角频率；t为时间。

图3 12 脉波整流机组原理图

当把2 台整流机组并联运行，得到24 脉波的整流机组空载直流输出电压波形，如图4 所示，它的脉波宽度为π/12，其脉波幅值为倍的阀侧线电压。

图4 2 台整流电路并联输出的24 脉波电压波形

在DCTP 软件仿真中，按照节点电压法建立直流系统网络模型[2]，进行潮流计算，获得各整流机组的工作负荷。

3 牵引变电所布点设计

牵引变电所布点设计应满足以下原则：（1）根据车站、车场分布，线路平纵断面、车辆选型等资料，通过牵引供电计算，并充分考虑各期工程的衔接和发展，经多方案比选后确定；（2）符合GB 50157—2013《地铁设计规范》接触轨额定电压DC1500V最高、最低值的规定[3]；（3）正常运行时，正线牵引网由相邻的牵引变电所双边供电，车场牵引网由车场牵引变电所单边供电。全线只考虑任意1 座牵引变电所解列的情况，当正线1 座牵引变电所解列时，对于线路中间牵引变电所，由相邻的正线牵引变电所越区大双边；对于线路端头牵引变电所，由相邻的正线牵引变电所越区单边供电。当车场牵引变电所解列时，由邻近的正线牵引变电所向车场牵引网越区单边供电。不考虑正线牵引变电所解列，由车场牵引变电所向正线牵引网越区供电的情况。

根据上述原则，确定4 号线采用6 辆编组列车（4 动2 拖）、在系统规模运营高峰小时时，对应单边供电和双边供电情况下，牵引网电压水平和钢轨电位均满足要求的牵引变电所分布的最大距离[4，5]，布点方案如图5 所示。

图5 牵引变电所布点方案

从图5 可以看出，方案一：正线设置14 座牵引变电所，正线牵引变电所的最大间距离为4054m，最小间距为2881m，平均间距3316m。3 处车场内各设1 座牵引变电所。方案二：正线设置15 座牵引变电所，正线牵引变电所的最大间距离为4054m，最小间距为2268m，平均间距3079m。3 处车场内各设1 座牵引变电所。

4 牵引变电所布点的比选方案

在DCTPS 仿真系统中，通过牵引供电模拟仿真计算，得到牵引变电所布点的比选方案。

4.1 牵引整流机组容量配置

每座牵引变电所设置2 套12 脉波牵引整流机组、并联运行构成等效24 脉波整流。方案一、二的牵引整流机组容量配置，如图6 所示。其中，方案一总安装容量为83200kV·A, 方案二总安装容量为88200kV·A。

4.2 主要技术指标

方案一、二的主要技术指标如表1 所示。通过对方案一和方案二的技术参数进行对比可以得到表2。通过表2 可以看出,根据设计阶段的牵引模拟计算，钢轨电位的电压水平在最严重情况下一般不大于90V；在正常运行和非正常运行情况下的各项指标均满足IEC 规范IEC62128—1—2003 及我国GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求，且方案一的供电质量稍优于方案二；方案一牵引变电所的数量比方案二少1 座，节约了工程投资量。同时，根据图6可知，方案二的安装容量高于方案一，方案一的牵引整流机组利用率更高。

表1 主要技术指标对比

表2 技术参数对比表

图6 牵引整流机组容量配置

综上所述，根据DCTPS 软件牵引供电计算参数，以及考虑技术经济因素和节约工程投资的因素，推荐4 号线工程牵引变电所布点方案采用方案一。