摘　要　介紹了香港將軍澳地鐵支線牽引供電系統(tǒng)中交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、屏蔽門(mén)和過(guò)電壓保護(hù)裝置等的設(shè)計(jì)思路及其保護(hù)裝置,可供軌道交通的有關(guān)工程設(shè)計(jì)人員借鑒。
關(guān)鍵詞　香港,地鐵,將軍澳支線,供電系統(tǒng)
      牽引供電系統(tǒng)為整個(gè)地鐵系統(tǒng)(包括車(chē)輛、動(dòng)力、照明、通風(fēng)/ 環(huán)控、通信、信號(hào)、物業(yè)開(kāi)發(fā)等) 的所有用電設(shè)備提供電源,因此牽引供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系著整個(gè)地鐵系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和靈活性。本文介紹了香港將軍澳地鐵工程牽引供電系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)思路和做法,以便各城市借鑒其經(jīng)驗(yàn),進(jìn)而提高地鐵工程牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。

1 　工程簡(jiǎn)介
      香港地鐵將軍澳延伸線工程( Tsueng Kwan O Extension) 位于九龍地區(qū)東部,全長(zhǎng)11. 8 km , 其中正線9 km , 西起與既有的觀塘線( KTL Line) 接軌的藍(lán)田站(Lam Tin Station) ,東至新建的寶琳站(Po Lam Station) , 途經(jīng)油塘站( Yau Tong Sta2 tion) 、調(diào)景嶺站(Tiu Keng Leng Station) 、將軍澳站(Tseung Kwan O Station) 、坑口站(Hang Han Sta2 tion) ;另外還有從將軍澳站向南延伸到車(chē)輛段的2. 8 km 線路。全線建成時(shí)將有5 個(gè)車(chē)站和1 個(gè)車(chē)輛段,還準(zhǔn)備在遠(yuǎn)期再建兩個(gè)車(chē)站。在油塘車(chē)站和調(diào)景嶺車(chē)站均建有雙層站臺(tái),以方便乘客在觀塘線和將軍澳線之間換乘。

2 　交流供電系統(tǒng)
      由于牽引、動(dòng)力、照明和物業(yè)開(kāi)發(fā)用電需求量極大,考慮到供電系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性, 并考慮備用,采用了33 kV 交流供電系統(tǒng)方案(如圖1 所示) 。
      從圖1 可以看出,整個(gè)33 kV 交流供電系統(tǒng)分別從兩家電力公司(HEC -香港電力公司和CL P -中華電力公司) 的電網(wǎng)通過(guò)兩個(gè)主變電所(Q IS 和TIS) 獲得電源。在每個(gè)主變電所設(shè)有兩臺(tái)132/ 33 kV 主變壓器。在正常情況下,這兩臺(tái)主變壓器并聯(lián)運(yùn)行,當(dāng)有一臺(tái)主變壓器出現(xiàn)故障而退出運(yùn)行時(shí),另外一臺(tái)主變壓器能夠承擔(dān)向所有的用電設(shè)備供電而不超載。而且每臺(tái)主變壓器都配備有一組有載自動(dòng)調(diào)壓裝置,以維持主變壓器低壓側(cè)供電電壓保持恒定。
      整個(gè)地鐵交流供電系統(tǒng)由兩級(jí)電壓組成,即33 kV 和0. 415 kV 兩組電壓等級(jí)。由兩個(gè)132/ 33 kV 主變電所經(jīng)33 kV 輸電網(wǎng)絡(luò)(電纜構(gòu)成) 把電力輸送到地鐵沿線所有的變電所(牽引降壓混合變電所和降壓變電所) 。33 kV 的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成閉合環(huán)形。在正常情況下,Q IS 和TIS 各供電給一個(gè)33 kV 供電網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)33 kV 供電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)兩臺(tái)斷路器在調(diào)景嶺牽引降壓混合變電所處連接。正常情況下這兩臺(tái)斷路器打開(kāi),只有在其中一個(gè)主變電所出現(xiàn)故障而完全解列退出運(yùn)行時(shí),這兩臺(tái)斷路器才會(huì)合上,由另一個(gè)主變電所負(fù)責(zé)整個(gè)全線33 kV 供電網(wǎng)絡(luò)的供電。
      在每個(gè)車(chē)站、附屬建筑物以及車(chē)輛段內(nèi),均設(shè)有33/ 0. 415 kV 動(dòng)力變壓器,以提供電力給動(dòng)力、照明、通風(fēng)/ 環(huán)控、物業(yè)開(kāi)發(fā)等其它負(fù)荷。正常情況下,每臺(tái)動(dòng)力變壓器均單獨(dú)工作,承擔(dān)本供電范圍內(nèi)的負(fù)荷用電。當(dāng)其中任何一個(gè)動(dòng)力變壓器因故障不能運(yùn)行時(shí),相鄰近的動(dòng)力變壓器則負(fù)責(zé)承擔(dān)其供電范圍內(nèi)的負(fù)荷用電。
      為了保證33 kV 交流供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全可靠地運(yùn)行,系統(tǒng)中設(shè)置有繼電保護(hù)裝置。主要有: ① 132/ 33 kV 進(jìn)線變壓器低壓側(cè)的方向性過(guò)流保護(hù)、接地故障保護(hù); ②33 kV 環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)(電纜) 的導(dǎo)引線保護(hù)、方向性過(guò)流保護(hù)和接地故障保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流和接地故障保護(hù); ③33/ 0. 415 kV 動(dòng)力變壓器的繞組過(guò)熱保護(hù)、氣體壓力保護(hù)、瞬時(shí)過(guò)流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流和接地故障保護(hù)等; ④ 整流變壓器的反時(shí)限過(guò)流和接地故障保護(hù)、瞬時(shí)過(guò)流保護(hù)、油溫保護(hù)、油液面降低保護(hù)、繞組溫度保護(hù)、氣體壓力保護(hù)等; ⑤33 kV 母線的反時(shí)限過(guò)流和接地故障保護(hù)、電流差動(dòng)保護(hù)。
 
圖1 　33 kV 交流供電系統(tǒng)示意圖
      母線相連。除了POL 牽引變電所1 500 V 直流正極3 　直流牽引供電系統(tǒng)母線采用單母線型式外,其它4 個(gè)牽引變電所1 500 V 直流母線均采用單母線帶斷路器分段接線型式,從直流牽引供電系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2 。直流牽引供電系統(tǒng)的電源來(lái)自33 kV 供電網(wǎng)絡(luò),通過(guò)直流1 500 V 架空接觸網(wǎng)向地鐵電動(dòng)車(chē)組提供牽引電力。
      直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高電壓為1 800 V , 最低為900 V 。將軍澳地鐵延伸線工程全線共設(shè)5 座牽引降壓混合變電所,它們分別為KTT 牽引變電所、TKL 牽引變電所、POL 牽引變電所、TIS 牽引變電所和TKOD 牽引變電所。每個(gè)牽引變電所設(shè)有一組或兩組整流機(jī)組,每組整流機(jī)組負(fù)責(zé)提供十二脈波1 500 V 直流電源。整流機(jī)組一端通過(guò)直流快速斷路器與1 500 V 直流正極母線相連,另一端則直接與負(fù)極1 500 V 直流正極母線經(jīng)過(guò)饋線快速斷路器和直流上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)向接觸網(wǎng)供電。
      當(dāng)牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),必須迅速及時(shí)地清除故障。在該工程中,對(duì)于不同的設(shè)備,主要采用了下列保護(hù)裝置:
① 對(duì)整流器裝置的溫度保護(hù)、本體保護(hù)及框架泄漏保護(hù); ② 對(duì)整流器快速斷路器的逆向電流保護(hù)和框架泄漏保護(hù); ③ 對(duì)饋線快速斷路器的框架泄漏保護(hù)、瞬時(shí)過(guò)流保護(hù)、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、電流變化率和電流增量保護(hù)等。此外,在兩個(gè)不同的牽引變電所之間還設(shè)有雙邊聯(lián)跳保護(hù)。

圖2 　1 500 V 直流牽引供電系統(tǒng)示意圖

3 　屏蔽門(mén)( PSD ) 和過(guò)電壓保護(hù)裝置(OVPD)
　　在將軍澳地鐵延伸線工程中,每個(gè)車(chē)站的站臺(tái)上均設(shè)計(jì)安裝有屏蔽門(mén),用來(lái)防止乘客和地鐵工作人員誤入軌道發(fā)生危險(xiǎn);或當(dāng)區(qū)間隧道發(fā)生如火災(zāi)之類的危險(xiǎn)情況時(shí),能在一定的時(shí)間內(nèi)保護(hù)乘客安全撤離。
      另外,為了保證地鐵列車(chē)操作人員及乘客不受鋼軌、屏蔽門(mén)與大地之間電位差的影響,在站臺(tái)板通常敷設(shè)一種高介電強(qiáng)度的絕緣材料(一般從站臺(tái)邊緣向內(nèi)延伸覆蓋2 m 的范圍),用于提高站臺(tái)的電阻,以使屏蔽門(mén)與大地絕緣。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)(如架空接觸網(wǎng)斷裂落到道床上,或落到貼近鋼軌的部位,甚至與鋼軌接觸,或直接落到屏蔽門(mén)上),鋼軌電勢(shì)或屏蔽門(mén)電勢(shì)很大,足以對(duì)乘客及地鐵列車(chē)操作人員產(chǎn)生危害。這時(shí)連接在鋼軌或屏蔽門(mén)與大地之間的過(guò)電壓保護(hù)裝置就會(huì)動(dòng)作,將鋼軌電勢(shì)或屏蔽門(mén)電勢(shì)限制在預(yù)定的安全值以下,從而保護(hù)乘客和地鐵列車(chē)人員的人身安全。
      過(guò)電壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)安裝在每個(gè)車(chē)站的屏蔽門(mén)設(shè)備室或牽引變電所的整流器室中。安裝在屏蔽門(mén)設(shè)備室的過(guò)電壓保護(hù)裝置一端與大地相連,另一端與站臺(tái)上屏蔽門(mén)相連;安裝在牽引變電所整流器室中的過(guò)電壓保護(hù)裝置亦是一端接地,而另一端則接在鋼軌上。同時(shí),鋼軌與屏蔽門(mén)亦在一點(diǎn)處連接,這樣可以減少乘客或列車(chē)操作人員遭受到電擊的危險(xiǎn)。在正常情況下,打開(kāi)過(guò)電壓保護(hù)裝置,將鋼軌或屏蔽門(mén)與大地絕緣,當(dāng)由于故障導(dǎo)致鋼軌電勢(shì)或屏蔽門(mén)電位升高并超過(guò)預(yù)定的設(shè)置值時(shí),在非常短的時(shí)間內(nèi),安裝在過(guò)電壓保護(hù)裝置中的電流電壓傳感器就會(huì)啟動(dòng),使過(guò)電壓保護(hù)裝置中的開(kāi)關(guān)閉合,從而將屏蔽門(mén)電位或鋼軌電位限制在安全值以下。