“双流制”供电系统在轨道交通交直流转换区的探讨和应用

廖建荣

一、国内外应用情况

“双流制”起于法国，随着第二次世界大战后欧洲各国发展需要，跨域间轨道交通线路之间的贯通联接需求日趋强烈。但是，在欧洲大多数国家或地区没有对轨道交通线路的供电系统牵引电源电压进行统一，出现了DC600V、DC750V、DC1500V等直流牵引电源，以及AC15kV、AC25kV等交流牵引电源，而要想在两个不同电压等级的牵引电源系统中正常运行，就必须将单一电源的牵引电力机车进行替换并对电源转换区的供电系统进行重新设计，随后“双流制”牵引电力机车被研制出来并推广应用。

在中国，首条“双流制”轨道交通线路重庆轨道江跳线于2022年8月6日开通运营。为响应节能提速增效要求，江跳线牵引电源仅在与中心城区联接区段使用与城区轨道线路匹配的DC1500V电源，其他线路全部采用更加经济增效的AC25kV电源。江跳线，是江津至中心城区的便捷快速通道，能够有效缓解周边交通拥堵情况，带动沿线经济社会发展转型升级。

二、主要设计原理

（一）交直流转换区的接触网设计

重庆轨道江跳线交流段接触网采用AC25kV牵引电源，JTM-120（15kN）+CTA150（15kN）全补偿简单链形悬挂，直供加回流供电方式；
直流段接触网采用DC1500V牵引电源，2×JT-150（12kN）+2×CTA-120（12kN）+2×JT-150（辅助馈线）全补偿简单链型悬挂，架空接触网受流和轨回流供电方式。交直流转换区因两端牵引电源电压不同，接触网悬挂安装方式全部按照电压较高的交流段进行设计。

交直流转换区，结合本线“双流制”电力机车运行需求，接触网隔离转换区总长设计为78米，由4台分相绝缘器（也可采用关节分相形式）隔离而成，分为ab、bc、cd三部分（如图1），其中bc为常接地区，长度为20米，通过一台常闭隔离开关G2接地，ab和cd为中性区，长度均为29米，通过两台常开隔离G1、G3开关分别与直流段接触网和交流段接触网连接。

考虑交流段或直流段单边故障情况，即当电力机车牵引单元完好落入转换区的任何位置时，可通过接触网隔离转换区联络隔离开关的倒闸作业配合车辆升降弓操作实现自救驶离转换区。

（二）交直流转换区钢轨无电区设计

考虑电力机车在经过交直流转换区不同运行方式下的回流特性，为避免电力机车从交流区段向直流区段、直流区段向交流区段行车经过转换区过程中钢轨回流区域重叠冲突问题，需要设置一段钢轨无电区对交流区段和直流区段的钢轨回流进行隔离。结合电力机车整列长度、受电弓和轨道轮排布、排列取流和现场实际行车情况，江跳线交直流转换段钢轨无电区的长度按8米短轨方案进行设计。電力机车从交流区段向直流区段、直流区段向交流区段运行时，自经过第一个分相绝缘器至钢轨无电区的距离分别为（21+X）、（35+X）米，X值可根据实际需要进行优化调整。

（三）“双流制”供电系统牵引电源设计

重庆轨道江跳线“双流制”供电系统牵引电源由AC25kV和DC1500V两部分组成，全线交流牵引供电系统采用110/27.5kV两级电压供电方式，直流牵引供电系统的中压供电网络采用110/35kV两级电压供电方式，35kV中压经整流系统后形成DC1500V直流电源。重庆轨道江跳线将牵引变电站与电力主变电站合建主变电站，以便更好地整合配置供电系统资源。

三、“双流制”供电系统的应用对比

（一）交直流转换区接触网分相形式设置对比

交直流转换区接触网分相形式可采用器件式、关节式两种，器件式分相因装置结构相对简单，抢修维护难度较低，但在运行过程中容易形成硬点，并引起打弓和拉弧，不利于电力机车的高速行车；
关节式分相因减少了器件式分相对机车受电弓的冲击，能够使电力机车快速平稳通过，利于高速行车，但结构复杂，抢修维护难度较大。

综合国内外既有轨道交通线路运营情况，接触网分相区在合理检修维护的情况下发生故障概率极低，乘客对高速出行和减少换乘的需求却极高，行车密度大且要求高速行车的线路中交直流转换区接触网分相形式宜采用关节式分相，行车密度小且对行车速度要求不高的线路中交直流转换区接触网分相形式可根据实际情况选用器件式分相和关节式分相。

（二）交直流转换区两端的牵引电压选择和对比

AC25kV是国内轨道交通常规标准的交流制电压，相关设备产品、售后技术、维护经验成熟，满足客运、货运各种需求，因此是交流区段牵引电压可供选择的首选。国内城市轨道交通直流牵引电压有DC1500V和DC750V两种，DC1500V通常采用架空接触网供电方式，DC750V通常采用三轨供电方式。为使交直流转换区两端供电安装方式更好的衔接，避免三轨引起线路空间的二次增加，直流区段牵引电压宜选择DC1500V。

（三）交直流转换区有、无保护措施对比

电力机车运行经过交直流转换区时，机车内部需要从一种牵引电源切换至另外一种牵引电源，为避免切换过程中既有电源残留的影响，在交直流转换区设置常接地区对受电弓进行放电是非常必要的；
这也是保护设备安全的必要措施。

交直流转换区接触网由4台分相绝缘器（也可采用电气分相形式）隔离而成，当隔离单元出现故障时，设置常接地区可以引起变电所内的保护单元启动进而跳闸断电，在保护供电设备的同时还能有效避免转换区两端牵引电源的直接碰撞冲突。

交直流转换区未设置常接地区时，电力机车、供电系统设备的安全受到影响，为尽可能降低这些影响，电力机车经过交直流转换区时相关操作更加复杂。

四、应用前景

在我国“双流制”轨道交通的研究和实施相对国外较晚，依托已开通的重庆轨道江跳线，研究跨域间轨道交通线路的联接，实现高速运输、不下车、不换乘。采用“双流制”供电系统为轨道交通提供安全、稳定、可靠的电力，也是早期“双流制”系统的理论研究。此外，北京、广州、成都等地正在积极探索“双流制”轨道交通线路的深度融合问题，这也是未来大城市向小城市拓展发展的必然选择。

五、结语

“双流制”供电系统在国内轨道交通交直流转换区的应用尚处于起步阶段，而“双流制”轨道交通在舒适度上具有明显的优越性。随着我国各大城市的轨道网络日趋完善，各大城市逐步向城郊延伸，将形成一种都市群效应。

作者单位：中铁十六局集团电气化工程有限公司

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