轨道交通保护（精选9篇）
轨道交通保护 篇1
随着城市轨道交通的快速发展, 我国建成运营的城市轨道交通线路越来越多。除了重庆跨座式单轨采用了负极回流轨 (即四轨) 的跨座式单轨交通直流牵引系统外, 我国绝大多数城市的轨道交通均采用的是正极接触网或接触轨供电、负极钢轨回流的牵引方式。
一、钢轨回流方式直流牵引系统的接地保护
1. 直流框架保护。
所谓框架即直流设备外壳, 直流框架保护实际上就是直流接地保护。直流框架保护的主要作用有:一是为了防止牵引变电所内直流开关柜内部设备的绝缘降低而对人身造成伤害;二是当开关柜内正极直接碰壳发生短路时, 可以快速切除故障, 起到保护作用。直流框架保护由1个电流元件和1个电压元件组成, 其保护原理接线如图1所示。
由图1可知, 由于电流元件是一个能承受100 k A短路电流、阻值为0.15 mΩ的分流器, 其一端接设备外壳, 另一端与变电所地网相连, 因而设备外壳与地是完全连通的。直流设备绝缘安装的目的是让泄漏的电流流经电流元件, 从而起到收集泄漏电流的作用。电压元件一端接钢轨 (负极) , 另一端接框架 (即地) , 它和钢轨电位限制装置的接法是一样的。
(1) 电流元件。电流元件是框架保护的主保护。一旦直流开关柜内发生正极碰壳故障, 电流元件即会启动, 保护动作 (跳闸) 后, 将该所断路器闭锁合闸。
(2) 电压元件。电压元件作为后备保护被而整定为报警和跳闸二段, 并被设置就地的投入/切除功能。当钢轨对地绝缘良好或绝缘泄漏电阻大, 不利于电流元件的检测和动作时, 电压元件即会检测到故障发生时的地–钢轨 (负极) 电压, 并动作跳闸。
当变电所内直流设备的正极对外壳短路、接触网对架空地线或钢轨短路时, 地电位或钢轨电位就会升高, 电压元件即会在钢轨和地之间检测到电压。当该电压大于电压元件的整定值时, 电压元件就会报警或动作, 相关的断路器就会跳闸。
框架电压保护动作后, 该牵引所的直流馈线断路器和整流器进线中压开关就会全部跳闸。这属于严重故障。因此, 框架电压保护只能作为钢轨电位限制装置的后备保护。在确保安全电压和可靠运行的前提下, 要合理设定两者的电压动作值和延时值, 保证钢轨电位限制装置接触器先动作。通常钢轨电位限制装置的U>设定在90 V以内, 延时设定在0.6 s内, 瞬时动作闭锁U>>值设定为DC (直流) 150 V;而框架电压的报警值设定在DC (直流) 95 V, 计数延时为0.8 s, 跳闸值为DC (直流) 150 V, 计数延时在0.5 s以上。在实际运营中, 由于钢轨电位经常莫名升高, 且长期达到电压元件动作值, 因而为了不影响运营, 很少投入框架电压保护。
2. 直流馈线保护。
牵引变电所的每台直流馈线开关柜里都装有一台直流馈线保护单元:除断路器本身具有大电流脱扣保护外, 还配置有电流速断保护 (Imax) 、电流上升率 (di/dt) 及电流增量 (ΔI) 保护、接触网过负荷保护、双边联跳保护、线路测试和自动重合闸装置。这些保护装置可根据故障类型选择性启动。
钢轨采用绝缘安装, 按照《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》 (CJJ49–92) 第4.2.1条规定:兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构 (或大地) 之间的过渡电阻值 (按闭塞区间分段进行测量并换算为1 km长度的电阻值) , 对于新建线路不应小于15Ω·km, 对于运行线路不应小于3Ω·km。理论上, 短路回路阻值较大, 应该是小电流。但在实际测量中, 钢轨与大地的过渡电阻通常只有1Ω左右, 低的甚至会降到0.5Ω以下, 即钢轨和大地基本是连通的, 所以正极对地短路实际上也会产生很大电流。因此, 直流馈线保护对于轨道交通的安全运营有着举足轻重的作用。
二、跨座式单轨交通直流牵引系统的接地漏电保护
重庆轻轨为跨座式单轨交通系统, 采用的是日本技术, 车辆通过橡胶轮胎在轨道桥梁上运行。该系统接触网的额定电压为DC1 500 V;刚性接触轨垂直布置在轨道梁两侧, 一侧为正极, 另一侧为负极;铝合金汇流排通过绝缘安装的支持绝缘子“T”形托架固定, 并通过调节孔垂直调整拉出值。
1. 接地漏电保护装置的工作原理。
为了能快速切除接触网正极对地的短路故障, 避免电压波动, 保证直流设备的正常运行和乘客安全, 在牵引变电所的负极与地之间设置接地漏电保护装置 (以下称64D) 是十分必要的。接地漏电保护装置原理如图2所示。
(1) 车辆在区间运行时的保护动作情况。由图2可知, 当车辆内部发生正极对车体外壳绝缘降低的情况时, GR动作, 车辆内部的线路断路器LB跳开。当发生车辆内部正极对外壳短路 (实际上是正负极短路) 或正极接触轨对地短路故障时, 由于GR或64D动作时间较慢, 因而直流馈线保护装置会快速启动, 断开故障线路, 并联跳邻所对应开关。
(2) 车辆在站台停靠时的保护动作情况。当车辆运行到车站时, 车体外壳就会与地连接, 如果此时车辆内部正极绝缘不良发生对地泄漏, 就要考虑车辆上GR与变电所64D的配合问题。一般车辆上的接地漏电保护装置GR整定值为100 V, 动作后车辆的线路断路器LB跳开。变电所接地漏电保护装置64D的动作电压一般整定为200 V左右, 动作后变电所所有直流馈线断路器跳开, 并启动重合闸。
2. 接地漏电保护与框架电流保护的配合。
为保证直流设备的安全可靠运行, 直流系统仍需保留框架保护的电流元件。接地漏电保护与框架电流泄漏保护配合原理如图3所示。
由图3可知, 框架电流保护主要用于变电所内的直流设备正极碰壳保护, 64D主要用于直流馈线正极绝缘不良和正极接地短路保护。当直流开关柜内部发生正极对框架绝缘不良或正极对地短路时, 因为框架电流保护时间为瞬时, 64D启动跳闸时间一般为延时0.3 s, 所以框架电流保护会先于64D启动。当直流馈线正极绝缘不良和正极接地短路时, 直流馈线保护装置和64D均会启动, 框架电流保护则不会启动。
三、关于钢轨电位限制装置的接地问题
在采用钢轨回流的直流牵引供电系统中, 由于钢轨采用绝缘安装, 因而需要在钢轨与地之间设置钢轨电位限制装置, 以防钢轨电压过高对人体造成伤害。
1. 钢轨电位限制装置动作原理。
钢轨电位限制装置一般由接触器、晶闸管、保护单元、显示设备、测量和操作回路、信号回路等部分组成, 动作原理如图4所示。
钢轨电位限制装置的动作特性为三级检压:
当U>为90 V时, 延时0.6 s直流接触器动作, 钢轨与大地短接, 经10 s断开。闭锁状态下, 当短路装置在2次动作时间间隔小于60 s且连续动作3次后, 短路装置不再断开;2次动作时间间隔大于60 s时, 则重新计数。
当U>>为150 V时, 直流接触器动作, 无延时永久合闸, 不再断开。
当U>>>为600 V时, 晶闸管装置瞬时短接钢轨与大地, 然后启动接触器合闸, 接触器合闸时间不大于100 ms。接触器合闸后晶闸管立即恢复高阻状态, 接触器闭锁保持在合闸状态。
2. 钢轨电位限制装置与直流系统接地保护。
国内最初引进此项技术时, 每个牵引变电所都设有2台钢轨电位限制装置, 即上、下行分开, 这样就便于查找钢轨电位升高的原因。现在的普遍做法是将上、下行钢轨通过均流电缆连接在一起, 每个变电所只设置一台钢轨电位限制装置。这样做的结果是当钢轨电位升高时, 无法很快区分出到底是哪条钢轨绝缘不良, 也使钢轨电位限制装置动作时杂散电流泄漏的概率增加了一倍。
从目前国内地铁钢轨回流方式直流牵引系统的实际运营情况来看, 钢轨电位升高、钢轨电位限制装置动作频繁的现象较为常见, 个别运营线路的钢轨电位甚至长期处于150 V左右的高位, 钢轨电位限制装置完全发挥不了其应有的作用。
钢轨回流方式不像跨座式单轨那样有64D作为专用的短路回路, 因而发生直流系统正极对地短路 (包括直流馈线保护和框架电流保护) 时, 直流馈线保护的灵敏性和可靠性会下降, 整定值不合适就有可能不会快速跳闸, 给地铁的安全运行和乘客的人身安全带来巨大隐患。
四、结论
从目前国内地铁实际运营情况来看, 钢轨电位限制装置不仅没有起到其应有的作用, 反而还因其长期投入带来了杂散电流的泛滥, 危及地铁系统的运行安全, 但不投入又会给乘客的人身安全带来隐患。因此, 笔者建议取消牵引变电所钢轨电位限制装置, 同时参照跨座式单轨交通直流牵引系统加装接地漏电保护装置。这样做有三个好处:一是把钢轨对地电压限制在一个安全水平, 可以有效保证乘客的人身安全;二是解决了钢轨电位限制装置带来的杂散电流对地铁之外大地的扩散问题;三是提供了直流系统正极对地短路的回路, 提高了直流接地保护装置的灵敏性和可靠性。
轨道交通保护 篇2
一、项目基本情况
项目名称：上海市轨道交通明珠线一期工程 项目内容：轨道交通明珠线是上海市沟通中心城区与南北两翼的客运交通线，是上海主体交通中的一条大运能的客运设施
建设单位：上海轨道交通明珠线发展有限公司 建设地点：上海市 工程投资：项目总投资约93.78亿元人民币，其中环保投资约3.1亿元，占总投资的4%。
建设情况：上海市轨道交通明珠线一期工程起自徐家汇老沪闵路，沿上海市原有沪杭铁路线北上，经过徐汇区、长宁区、普陀区、闸北区、虹口区至江湾镇。工程全长24.97公里，其中高架线21.45公里，占全长的85.9%，地面线3.52公里，占全长的14.1%。地面线路与城市道路无交叉。全线设有19座车站，其中高架车站16座，地面车站3座，平均站距1.37公里。在石龙路站出岔，设轨道交通停车场一处，在虹桥路站及东宝兴路站附近设置2座110/35kV中心变电所，11座牵引变电所，各车站均设降压变电站。
环评（报告表）编制单位：上海市环境科学研究院 环保设施设计单位：上海铁路城市轨道交通设计研究院 环保设施施工单位：上海海呈建筑工程公司等
验收监测单位：中国环境监测总站、上海市环境保护监测中心、上海市辐射环境监督站
二、环境保护执行情况
该工程遵守国家相关法律法规，按照建设项目环境保护管理要求，认真执行环境影响评价制度，并配套建设有各项环保设施。根据上海市轨道交通建设的管理要求,明珠线一期工程建成后,委托上海市地铁运营有限公司负责运营管理，运营公司成立了上海地铁运营有限公司环保机构领导小组,负责明珠线一期工程的环保措施运行管理工作，工程重点对列车运营中产生的噪声进行治理，根据明珠线一期的环保工作内容,制订了相应的规章制度。
对噪声影响较大地段,采取了设置声屏障、拆迁和置换建筑物功能等措施，轨道采用弹性扣件，无缝线路，高架桥基础采用深桩基基础，变电站土建结构为钢筋混凝土框架结构, 具有良好的屏蔽作用，同时室内变电设备有金属栅网和房屋钢筋混凝土结构的多重屏蔽，配电装置还采用了带有金属罩壳对变压器外侧的大门内壁加装了屏蔽板，以降低噪声、振动、电磁辐射对周围环境产生的影响。工程主要固体废物为更换的车辆空调滤网、部分废包装袋,及生活垃圾，集中袋装收集,均由上海地铁运营有限公司后勤服务分公司清扫收集，统一清运到梅陇基地，再由上海市徐汇区健康环境卫生管理所外运处置。
三、验收监测结果
1、噪声：（1）厂界噪声：虹桥110Kv变电站北厂界、宝兴110Kv变电站东厂界、南厂界及南厂界外相邻敏感点、中山公园35kv牵引变电站西厂界及相邻敏感点昼间、夜间噪声值均达标；（2）虹桥110Kv变电站东厂界昼间超标、夜间离地面5.5m处超标；（3）石龙路停车场厂界及厂界外相应敏感点昼间噪声达标，夜间由于受周围施工的影响，测试数据偏高。
上述超标的点位:虹桥110Kv变电站东厂界离地面2m处、离地面5.5m处昼间噪声值、东厂界离地面5.5m处夜间噪声值，其背景噪声值均已超过标准值；由于无法避开周围施工的影响，石龙路停车场厂界及厂界外相应敏感点夜间噪声值偏高，此次测试数据不作为厂界噪声评价的依据。
（2）敏感点噪声：在选择的25个敏感点共58个测试点位中： ①昼间、夜间噪声值均达标的点位有38个，它们是龙华西路315弄35号202室、502室，古宜路170弄（徐虹公寓）12号2层、5层，古宜路180弄（徐虹公寓）2号801室、1401室，虹桥路996弄67号201室、301室、501室，长宁路1120弄64号101室、301室、501室，延安西路1740弄20号3层、6层（昼间），白玉新村114号白玉养老院1层、2层、3层，武宁路300弄12号（武宁小城）3层、9层，中山北路1760弄1号楼301室、601室，宝源路209弄4号（厦苑新村）601室，新广路296号华东师大一附中教育楼3层、5层及相应教室室内开窗、关窗，广中路25弄9号东侧602室、12号东侧601室，广灵四路28号甲（开隆公寓）601室、901室、1101室，中山北一路865弄12号504室，中山北一路21号南楼学生公寓北侧4层、6层，逸仙路458弄（新海城）6号楼A幢706室，逸仙路490弄（辛耕大厦）8号507室；
②昼间达标夜间超标的点位有7个，它们是长宁路1120弄60号301室、武宁路300弄12号（武宁小城）6层、12层、15层，东江湾路411医院西侧6层，逸仙路490弄（辛耕大厦）8号807室，场中路4弄3号301室；
③昼间超标夜间达标的点位有4个，它们是东江湾路411医院西侧9层，车站南路28号上海复兴高级中学住宿楼东侧6层，逸仙路458弄（新海城）6号楼A幢1206室，万安路346弄2号301室；
④昼间夜间均超标的点位有9个，它们是宝源路301弄申桂公寓3号601号，多伦路201弄东方村16号402室，东江湾路411医院西侧3层、车站南路28号上海复兴高级中学住宿楼东侧4层，纪念路500号广济养老院2层、4层，场中路4弄3号6层、12层、18层。
在上述超标的点位中，除东江湾路411医院3层、9层，纪念路500号广济养老院2层，逸仙路458弄新海城6号楼A幢12层，万安路346弄2号3层，场中路4弄3号6层共6个点位昼间噪声值超标外，其余各点位由于所处地域声环境较为复杂，其相应的背景噪声值均已超过标准值。
（3）轻轨车站站台噪声：①东宝兴路车站列车进出站平均等效声级为84.0dB(A)，达到《地下铁道车站站台噪声限值》（GB14227-93）中二级标准限值（85 dB(A)）的要求。
②金沙江路站台在测试的9个点位的混响时间为2.19s～2.83s(500 Hz, 1/3倍频程),站台的平均混响时间为2.65s，超过《地下铁道车站站台噪声限值》GB 14227-93中二级标准2.0s的限值。
2、振动⑩监测结果表明：轻轨沿线的监测点位环境振动昼间、夜间监测值均符合《城市区域环境振动标准》GB10070-88中居民、文教区标准的规定。
3、电磁辐射：测试结果表明：宝兴主变电站（110kV）、虹桥主变电站（110kV）、中山公园变电站（35kV）、曹杨路变电站（35kV）周围环境中的工频电场强度值和工频磁感应强度值分别低于中华人民共和国环境保护行业标准《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 24–1998)中推荐的4kV/m(4000V/m)的居民区工频电场评价标准和公众全天辐射时的工频限值0.1mT(100T)的磁感应强度的评价标准，综合电场强度值低于国家标准《电磁辐射防护规定》(GB 8702–88)中规定的该频段电场强度公众导出限值12V/m。
轨道交通保护 篇3
作为城市轨道交通电力系统的重要组成部分,直流牵引供电系统的仿真技术一直备受关注,国外已有一些相对成熟的分析软件,如德国ELBAS公司的SINANET、德国IFB公司的Open Power Net、美国CarnegieMellon大学的EMM等,国内的一些设计院和科研所也自行开发了一些相关的软件。这些软件大都是针对电力机车和牵引供电装置的实时运行进行动态仿真, 旨在辅助城轨电网的设计和建设; 但是针对牵引供电系统继电保护仿真的软件研究还很欠缺[1,2,3,4,5]。
与交流系统相比,轨道交通直流系统的继电保护定值计算与校验手段相对落后。由于缺乏统一的整定规程,往往由技术人员根据保护装置的说明书,结合工作经验给出,线路正式投运之前,会进行列车的试运行,在此过程中,如果未发生开关跳闸等异常现象,则校验成功,系统将正式投入运行。显然,这种校验方式是不够充分的,仅能够保证在部分正常运行情况下保护不会发生误动,无法保证在故障或异常情况下保护能够及时、正确地动作。即使考虑周全,试验系统上的校验也无法考虑到所有复杂情况,而且随着线路复杂性的提高,工作量的加大,出现错误的几率也会随之增高,这与城市交通对安全性的高要求不相匹配。
本研究针对轨道交通直流牵引系统的继电保护定值缺乏有效验证手段的问题,开发相应的仿真校验软件。
1直流牵引供电系统保护仿真软件的需求
轨道交通直流牵引供电系统主要特征如下: 1一条运行线路上分布着若干个牵引变电站,牵引变电站中的整流机组将交流电流整流后提供给直流牵引网, 为列车供电。直流牵引网由直流母线、馈线、回流线、 接触网、钢轨和架空地线构成,运行中的列车通过受电弓从接触网上获得电能,再由钢轨回流; 2为了方便故障的切除,接触网是分段的,每段接触网由两侧的牵引变电站共同供电,保护装置安装在站内的馈线开关上, 当某段线路发生短路时,两侧的馈线开关都要跳开,以实现故障切除; 3电动机车是系统的唯一负荷,由于列车启停和位置变动等原因,负荷电流的波动范围较大。 典型的双边供电直流牵引系统如图1所示。
供电系统保护仿真软件需要具备如下功能:
( 1) 图形界面。要实现的功能包括: 1对一些需要由用户给定的数据,软件为其提供录入界面; 2提供图形建模区域以及与轨道交通实际设备相对应的图元工具箱; 3提供软件功能触发按钮,用户可以通过该接口触发短路电流计算功能和保护定值校验功能; 4能够输出软件的运行结果,用户可以查询各个开关处的短路电流及保护定值校验单。
( 2) 短路电流计算功能。由于系统负荷的波动性较大,仅进行稳态短路电流计算不足以区分正常的负荷波动和较小的短路电流,因此,软件需要同时采用稳态短路计算模型和暂态短路计算模型,通过对短路后馈线开关处暂态电流波形的分析,实现故障和负荷波动的区分。
( 3) 保护定值校验功能。在满足选择性、灵敏性和速动性3个基本要求的前提下,软件在校验过程中, 既要能够对单个保护进行校验( 其他保护闭锁) ,也要能够对保护之间的配合进行校验: 1区内故障时两端的馈线开关能够快速跳开; 2区外故障时馈线开关不能跳开; 3列车启停电流的波动不能导致保护误动。 制定校验规程时必须要遵循这3条原则。
2软件的结构及功能的实现
2.1软件的功能组成
软件的主要功能: 在分析各类接触网短路条件下, 馈线开关处短路电流的分布状况,校验开关所配置的继电保护整定值是否合理并给出修改意见。软件旨在减少馈线开关保护的误动和拒动,指导运营人员修改不合理的保护整定值。
该软件的功能架构如图2所示。
该软件架构中,基础数据录入功能为用户提供访问数据库的界面,实现添加建模及仿真所必须的基础数据,如各种型号的导线模型,各种型号电动机车启停的负荷电流模型,线路实际运行的保护整定单等。图形建模功能为用户提供图元工具箱,实现创建轨道交通电路图的绘制和参数录入,拓扑检查成功后存入数据库中。仿真功能使用接口为用户提供使用短路电流计算和保护定值校验模块的界面。短路电流计算和保护定值校验是系统的核心计算模块,它们从数据库中读取计算模型,并将计算结果保存到数据库中。用户通过图形界面所提供的查询窗口查看各个开关的短路电流情况和保护定值的校验结果。
2.2图形界面
( 1) 基础数据录入。在建模和仿真的过程中,需要从数据库中调用一些基础数据,这些数据由用户根据实际情况提前录入。其数据录入的类型如下:
1材料模型录入。录入当前轨道交通中常用的材料类型,以便用户在图形建模过程中,按照线路的实际情况选择材料。当材料类型不足时,可以在该录入界面下添加新材料类型并保存到数据库中。
2电动机车负荷电流曲线录入。电动机车是直流牵引供电系统的唯一负荷,机车的频繁启停会导致负荷电流的较大波动,严重时会导致保护误动,因此,机车负荷电流曲线将作为校验保护定值的一项依据。这里的机车负荷电流曲线是指,车辆运行过程中,馈线开关处所检测到的电流与运行时间的关系。负荷电流曲线会根据车型和线路的具体情况发生变化,一般应该由用户将现场录波仪器所采集到的负荷电流数据录入软件中,若现场无录波仪器,则根据车型选择软件提供的标准负荷曲线作为后续定值校验的依据。
3保护整定单录入。保护定值校验需要由用户提供待校验的保护定值整定单,软件的图形界面提供了录入接口。
( 2) 图形建模。图形建模是应用软件实现人机交互所必备的基础功能。该软件的一大核心特色就是图模一体化,用户通过对软件提供的图形元件进行参数修改和连接,搭建模拟实际线路的系统,有别于Simulink等大型电力仿真软件,该软件的图形建模功能有如下两个特色:
1提供了轨道交通建模所需的图元工具箱,图形元件分别对应于轨道交通中常见的电气构件; 元件参数根据城轨交通的自身特点进行了调整,同时添加了一些轨道交通所独有的复合元件 ( 如钢轨,接触网等) 。用户建模时,不需要再对各个元件进行阻抗上的折算,只需根据实际情况,输入线路距离、选择材料类型和电压等级。
2当系统较大时,软件允许将之拆分成几个子系统,分列在不同的图层中。软件提供的“拷贝”功能,支持同名元件同时出现在两个子系统中,这样设定的好处是,节省建模时间的同时,还可以通过这一元件实现子 系统之间 的互联,增加建模 图形的可 读性。
( 3) 仿真功能使用接口。软件的仿真功能使用接口为用户提供了使用短路电流计算和保护定值校验功能的入口界面。进行短路电流计算时,软件提供故障类型和故障位置的设置界面,故障信息输入完成后,软件调用短路电流计算模块,并将运算结果保存到数据库中。
进行保护定值校验时,软件提供保护校验设置界面,用户可以对单一保护进行校验,也可以进行所有保护的全自动校验,还可以对某些不关心的保护进行闭锁,设置完成后,软件调用保护定值校验模块,并将运算结果保存到数据库中。
( 4) 运行结果查询。仿真完成后,用户可以在软件提供的查询窗口中查看短路电流计算结果和保护定值校验结果。
2.3短路电流计算
直流牵引供电系统接触网短路的仿真过程中,该软件同时采用了稳态短路计算模型和暂态短路计算模型,前者可以得到故障后各个馈线开关处的稳态电流值,后者可以得到短路发生瞬时各个馈线开关处的电流变化情况。
稳态短路计算模型。直流牵引供电系统由整流机组和牵引网两部分组成,牵引网中的各类电气元件 ( 如钢轨、直流馈线等) 在稳态仿真时都可用阻抗参数来等效,关键在于如何确定整流机组的电压电流外特性。
文献[6]从经典的6脉波整流机组3折线模型出发,推导得出了12脉波整流机组的5折线模型,而现今上海、南京等大多数城市地铁所普遍采用的等效24脉波整流机组是由两个12脉波整流机组并联而成,这种条件下,5折线模型同样适用。
针对主流的等效24脉波整流机组,该软件采用上述的5折线外特性模型,每段折线分别对应一个工作区间。计算开始时,假定所有机组都工作于第一区间, 如果有任意一台机组的输出负荷不在其工作区间内, 则对其进行调整。调整的流程如图3所示。
实际上,当某段线路发生短路时,只需对短路点两侧各两个站( 共4站) 进行机组工作区间的调整, 其他整流机组距离远,提供的短路电流小,可以忽略不计。因此,即使线路复杂,软件也能有较快的运行速度。计算结束后,稳态短路电流计算的结果保存到数据库中。
暂态短路计算模型。暂态电流计算涉及的因素较为复杂。一方面,随着负载电流的变化,整流机组的工作区间会发生改变,等效内阻也必然随之改变; 另一方面,短路位置的不同,外部等效阻抗也会发生变化。暂
态短路电流很难用一种模型准确计算。
在计算接触网短路暂态电流的研究中,国内外普遍将其分为近端短路和远端短路。文献[7]中给出了接触网近端短路的计算模型,它忽略了外部线路的阻抗,通过分析整流桥臂的导通情况,最终得到出口短路的暂态电流公式; 文献[8]中给出了接触网远端短路的计算模型,因为整流器内阻可以忽略,而短路位置及短路类型确定后,在不考虑集肤效应的前提下,外电路的阻抗也能够确定,所以,理想条件下短路电流呈简单的指数曲线上升。
实际条件下,必然存在“两个阻抗数量级相当,互相都不能忽略”的情况,因此,仅仅依靠这两种模型是不足以准确得到接触网任意位置短路的暂态电流波形的。针对这种情况,本研究进行了深入的研究,得到了一种折中的模型[9],该模型的核心思想是,将两种经典模型的计算结果进行加权处理,再相加作为最终的计算结果,权重系数与短路位置( 在公式中体现为外阻抗的电阻值和电抗值) 存在着一定的函数关系,距离出口越近近端短路模型越占主导作用,距离出口越远远端短路模型越占主导作用。仿真实验证明,在短路之后的几个周波内,该模型的计算值是准确的,可以满足后续的校验需求。
2.4保护定值校验
轨道交通直流牵引系统的保护装置配置在馈线开关上,以西门子公司生产的Sitras Pro装置为例,配置的保护包括: 电流速断保护、过流保护、电流上升率保护、电流增量保护、欠压保护和阻抗保护等。该软件的校验功能包含两部分: 对单一保护原理的校验以及支持保护闭锁的全自动校验。
单一保护原理的校验。该软件对单一保护原理进行校验时,需要闭锁其他保护原理。轨道交通直流牵引系统的主保护包括电流速断保护,以及电流斜率保护[10],后者又包括电流增量保护和电流上升率保护两个模块。与交流电网的三段式保护不同的是,这两类保护是互为后备的。当短路发生在接触网近端时,短路电流迅速上升,会在极短的时间内到达电流速断保护的整定值,但此时还未达到电流斜率保护的最小延时,因此,电流速断保护会优先动作,电流斜率保护作为后备保护延时动作; 当短路发生在接触网远端时,短路电流上升相对缓慢,一般情况下,电流速断保护的整定值较高,短路电流会经过较长的时间才能到达动作值,这种情况下,电流斜率保护会优先动作,而电流速断保护将作为后备保护延时动作。两者的配合保证了故障发生后保护的速动性,因此需要对这两类保护的定值进行更加严格的校验。
电流速断保护校验。设短路发生后,馈线开关处的稳态电流值为I,保护的整定值为Imax( A) 。
故障位置设置在本段线路的中点,短路类型为接触网对架空地线短路,若开关处电流I > k Imax,( k≈ 1. 2) ,则定值Imax满足灵敏性; 反之,灵敏性不足,需要适当降低整定值。故障设置在线路中点的原因是,系统工作于双边供电模式,两端的电流速断保护共同保护线路的全长。
短路故障设置在下级线路的出口,短路类型为接触网对钢轨短路,若开关处电流I < k Imax,( k≈0. 8) ; 则定值Imax满足选择性,反之,不满足选择性,应该适当提高整定值。
电流增量保护校验。设电流增量保护的启动整定值为E( A/ms) ,跳闸值Itrip( A) ,该保护的校验需要结合电动机车的负荷电流。
设一辆机车启动过程中的最大电流变化率为A, 若E > k A,( k≈1. 2) ,则定值E满足选择性; 反之,机车负荷电流会导致保护的误启动,需要适当提高整定值。
设机车启动过程中的最大电流冲击电流为Istart, 若Itrip> k Istart,( k≈1. 2) ,则定值Itrip满足选择性; 反之, 机车负荷电流会导致保护的误启动,需要适当提高整定值。
电流上升率保护校验。设电流上升率保护的动作值为F( A/ms) ,保护延时整定值为tdur( ms) ,该保护主要用于区分远端短路电流和机车启动电流,原则上,延时越大越有利于躲开机车启动电流的冲击时间。
短路位置设置在本段线路的末端,短路类型为接触网对架空地线短路,通过暂态短路仿真得到馈线开关处的电流波形,获得t = 0 ~ tdur时间内馈线开关处的电流值,计算得出该短时间内的发热量,若超出线路的热承受范围,则需适当减少延时整定值;
短路位置设置在本段线路的末端,短路类型为接触网对架空地线短路,通过暂态短路仿真得到馈线开关处的电流波形,获得t = tdur时刻的电流上升率B,若B > k F,( k≈1. 2) ,则定值F满灵敏性; 反之,灵敏性不足,需要适当降低整定值。
后备保护校验。与交流电网相似,后备保护的保护范围一般超出本段线路,需通过较长时间的延时来完成与主保护之间的配合。针对这一特点,该软件对后备保护仅进行灵敏性校验,故障位置一律设置在该段线路的末端,故障类型为接触网对架空地线的短路。
全自动校验。全自动校验模式下,用户勾选出参与校验的保护,闭锁掉不参与校验的保护。该软件在运行的过程中,会根据参与校验的保护类型,按照上述的校验原则,自动设置短路位置及短路类型,全部计算完成后,系统会将未通过校验的保护定值及调整建议保存到数据库中,用户可以在查询界面查看结果。
3算例分析
以上海地铁为例,本研究取临平路至浦东南路共4个站点3段线路作为仿真对象,对上体馆站下行线路馈线开关的主保护定值进行校验,站点分布情况如图4所示。
仿真参数如下所示( 其中序号1,2,3,4分别对应从左到右的4个站) :
( 1) 整流变压器参数如表1所示。
( 2) 整流器容量: 3. 600 MW;
( 3) 站间距:1 ~2:3 468 m;2 ~3:2 373 m;3 ~4:2 461 m;
( 4) 钢轨单位电阻: 0. 030 Ω/km; 钢轨单位电感: 1. 498 m H / km;
( 5) 接触网单位电阻: 接触线0. 058 3 Ω/km; 承力索0. 074 4 Ω/km; 辅助馈电线0. 058 3 Ω/km; 即总单位电阻为0. 058 3 / /0. 074 4 / /0. 058 3 = 0. 020 9 Ω/km; 电感忽略不计;
( 6) 架空地线单位电阻0. 145 8 Ω/km; 单位电感1. 194 6 m H / km;
( 7) 整流机组与母线连接线单位电阻0. 047 Ω / km; 母线与接触网( 馈线) 单位电阻0 . 047 Ω / km; 整流变与整流器单位电阻0. 043 74 Ω /km; 电感忽略不计。
软件的仿真建模界面部分示意如图5所示。
仿真中,设置的主保护的整定值如表2所示。该整定值为线路实际运行中所采用的整定值。
本研究按照线路的实际参数进行图形建模,输入整定单,分别对浦东大道站的电流速断保护、电流增量保护及电流上升率保护进行校验,校验完成后,在图形界面中可以查询校验结果,输出到excel表格中的校验单如图6所示。
图6中,第一行校验的是电流速断保护的灵敏性, 短路位置设置为线路中点,接触网对架空地线短路,短路电流要小于接触网对钢轨短路的情况,此时如果能够可靠动作,则说明区内故障均能够动作,保护的灵敏性达到要求; 第二行校验的是电流速断保护的选择性, 短路位置设置在下段线路的出口,接触网对钢轨短路的短路电流要大于对架空地线短路的情况,此时如果保护仍未动作,则说明保护不会越区跳闸,满足选择性的要求。其他行的情况类似。软件的校验结果表明, 上述各主保护的整定值满足灵敏性和选择性的要求, 保护不会发生误动和拒动的情况。
4结束语
轨道交通保护 篇4
(1)为保护城市环境，对噪声控制要求较高，除了车辆结构采取减振措施，必要时修筑声屏障外，轨道也应采用相应的减振轨道结构，
(2)轨道交通行车密度大，运营时间长，留给轨道维修作业的时间很短，因而一般采用较强的轨道部件，
近年新建轨道交通系统的浅埋隧道和高架桥结构，基本采用无碴道床等少维修轨道结构。
(3)轨道交通车辆一般采用电力牵引，以走行轨作为供电回路。为减小因漏泄电流而造成周围金属设施的腐蚀，要求钢轨与轨下基础有较高的绝缘性能。
轨道交通保护 篇5
在我国现今社会中, 人们的出行越来越依靠城市轨道交通, 其也正式成为了人们出行的一种主要方式。而在轨道交通中, 其供电系统中馈线保护装置的合理性、安全性将直接对轨道的安全运行产生重要的影响。其能够有效的防止列车在运行过程中出现过负荷以及短路的问题发生, 并在列车发生故障时及时的对故障切除, 从而对旅客、列车的安全进行保证。这就使得对直流馈线保护的应用成为了人们最需要关注的问题。
2.城市轨道交通供电系统模型
在轨道交通中, 其主要以直流牵引的方式进行供电。而这种供电系统也就是相当于一个串联电路:
当图1中开关进行闭合时, 就能够对牵引网短路现象进行模拟。同时, 电路出现短路问题的方式有很多种, 比如电弧短路、金属性短路以及接地短路等等。而一旦在轨道电路中出现了短路现象, 那么其数学模型则为:
在上式中, E代表额定电压;i代表供电网的短路电流; L代表等效电感;R代表电阻;uh代表短路位置的电弧压降;由于短路位置的电弧压降同电流的大小没有直接的联系, 当我们将电弧中压降设为uh0时、电弧的长度为lh时, 那么则有:
经对上式进行求解, 就可以得出当电网出现短路时, 短路电流的值i为:
在对上式中短路电流i进行求导可得:
由上式我们可以看出, 当发生短路故障时, 那么此时的电流上升率最高。但是随着时间的推移, 这个上升率也会逐渐衰减至0。同时, 我们也可以看出线路电感同上升率之间存在着反比的关系, 这也就说明了发生短路的位置越靠近接触网末端, 那么其上升率也就越小。
3.城市轨道交通直流馈线保护方式
3.1 大电流脱扣保护
对于大电流的保护来说, 应当按照定制对馈线的峰值电流进行设定, 且该设定的值应当同机车电流的最大值不重复, 并对相应的安全系数进行考虑。
3.2 电流上 di/dt 升率以及电流增量△I 的保护
在该保护中, 应当对气动执行器以及返回值进行确定, 同时对电流上升率以及电流增量的保护时间进行确定。
在对电流上升率进行设定的过程中, 应该保证其数值应当处在电流变化率以及短路电流变化率之间。而我们知道, 机车变化率会远远小于短路电流变化率, 所以在对上升率进行确定时则应当将范围尽可能的扩大, 并以此来避免当机车进行启动时可能对保护情况错误引起的问题发生。而对于启动值的确定来说则应当选取当t=0时di/dt的值。
而对于△I保护来说, 则应当在电流脱扣跳闸装置之后进行动作, 而为了对错误动作进行避免, 所以对△I值则应当尽可能的设高, 但是这个高值也应当控制在适当的范围之内, 因为△I值过高的话则不能够对远端进行良好的保护。这就需要应当根据线路的实际情况对合理的值进行选择。
同时, 在对△I进行设定的过程中应当对△I的延迟保护时间进行设定, 因为在车内应经设置了电感、电容以及滤波器, 那么当机车同绝缘网进行接触时, 作为滤波器来说也存在着一个充电的过程, 而这时就能够对△I以及di/dt进行保护。所以对于上述两者进行保护的延迟时间则应当大于因为机车内部设置滤波器而可能出现谐振的误差时间。同时因为di/dt在经过0时会由于同F相比过小而返回, 所以在设定时只要对△I大于谐振周期进行保证就能有效的对机车谐振影响进行避免。
3.3 定时限过流保护
当直流馈线的△I以及di/dt都不能进行有效的保护动作时, 就需要相应的电流保护作为以上几种保护方式的备用保护。而为了对这个范围进行扩大, 则应当尽可能的将过电流保护的值设置小, 而时间则应当尽可能的大, 这个值的理想值就大于上述两者的保护延迟时间。同时, 还应当对接触网的相关特性进行考虑, 通常来说, 对电流进行设定时应当以馈线的最大承受负荷进行计算, 而延迟时间则应当以机车运行时的时间曲线以及电流峰值时间来进行确定。
4.结束语
在上文中, 我们通过对城市轨道交通中的供电系统建模与直流馈线保护进行一定的分析, 并对其中需要重点把握的关键之处进行了一定的了解, 从而为我国城市日后的支线馈线保护装置的良好运行以及优化提供了一定的理论基础。
参考文献
[1]王蛟.城市轨道交通供电系统35kV母联主动式自投方案研究[J].城市轨道交通研究.2011 (02) :49-55.
[2]张颖, 张海波.城市轨道交通供电系统中压网络的潮流分析[J].城市轨道交通研究.2010 (08) :43-48.
轨道交通保护 篇6
嘉定新城是上海第二个重点建设的新城。随着轨道交通11号线的建成运营, 嘉定新城建设步伐加快。然而, 与毗邻的江苏昆山、太仓等城市相比, 嘉定新城整体发展相对比较滞后。虽然嘉定位于沪宁通道上, 是上海陆上运输的北大门, 但长期以来, 嘉定并没有发挥出上海北部陆上运输门户的枢纽功能。由于地位和区位较近的关系, 长三角北翼地区基本越过嘉定与上海中心城区直接联系, 大量的产业也向毗邻的昆山、太仓等转移, 嘉定反而成为区域发展的洼地。
21世纪以来, 上海加快了郊区新城的建设速度。根据长三角区域城市群发展规划、上海郊区新城发展规划, 嘉定新城将定位于具有综合辐射功能的长三角重要节点城市。然而, 与松江新城相比, 嘉定新城既没有普通铁路、也没有城际铁路通过。经过嘉定区的京沪铁路、沪宁城际铁路均远离嘉定新城;虽然京沪铁路、沪宁城际铁路都在安亭设了车站, 由于可达性差, 列车班次少, 这些车站对嘉定新城甚至安亭汽车城几乎没有发挥作用。
嘉定城区距离沪宁城际铁路安亭北站直线距离超过10公里, 实际行亭北站通过地铁11号线绕行需要近1小时。由于可达性很差, 沪宁城际铁路、京沪铁路等对嘉定新城均没有吸引作用, 嘉定新城对外交通仍然依赖于上海市中心的铁路主客站。因此, 为了进一步提升城际铁路安亭北站对嘉定城区的服务, 需要建设一条直接连接安亭北站及嘉定城区的轨道捷运系统。
二、轨道交通11号线对嘉定城区的可达性差
与轨道交通9号线直接穿越松江新城和老城区不同, 轨道交通11号线在规划时就特意绕开嘉定老城区。轨道交通11号线进入嘉定城区后, 沿胜辛路、平成路从嘉定老城区西侧绕至北侧, 在城区西北侧设置嘉定西站, 在城区北侧设置终点嘉定北站, 2座车站均偏离城区中心。嘉定东部城区距离轨道交通11号线车站大多需要2~5公里的短驳距离, 导致总时耗增加, 出行不便。整个嘉定城区东部轨道交通服务较为薄弱, 可达性差。嘉定城区本身是组团式用地结构, 随着嘉定新城的建设规划, 老城区、嘉定工业园区、新城区等组团之间的联系将加强。然而这些组团之间的交通大部分仍然依赖传统的公交车, 速度慢、运能低。
三、嘉定区域快速轨道交通规划方案
1. 区域轨道交通功能定位
一是为嘉定老城区、嘉定新城区、安亭城区与沪宁城际铁路安亭北站、京沪铁路铁路安亭站之间提供快速联系服务, 提升城际铁路、市郊铁路对嘉定城区的服务。通过这条区域轨道交通的规划建设, 整合嘉定区域的轨道交通、市郊铁路和城际铁路, 提升铁路对嘉定城区的服务。二是填补轨道交通11号线覆盖的不足, 为11号线提供网线补充。通过该条区域性轨道交通的规划建设, 可以为嘉定城区东部提供服务, 实现东部城区与11号线快速衔接。三是为嘉定老城区、嘉定工业区、嘉定新城区、安亭汽车城等各组团之间联系提供快速服务, 进一步提升嘉定区域各组团之间的交通服务水平。
2. 规划目标
实现嘉定老城区30分钟内可到达城际铁路安亭站。
3. 线路选线规划
从轨道交通11号线终点嘉定北站起, 线路往东沿嘉罗公路穿越嘉定城区东部、嘉定工业园区, 衔接11号线嘉定新城站后沿宝安公路至京沪铁路安亭站、沪宁城际铁路安亭北站, 并延伸至11号线安亭站。该线路总长约25公里, 将11号线、沪宁城际铁路、市郊铁路实现网络整合 (图1) 。
4. 站点规划
设置换乘枢纽站和普通站两类车站:换乘枢纽站主要实现与轨道交通11号线、城际铁路、市郊铁路的衔接与换乘;普通车站主要为沿线居住区、商业区及工业园区提供服务。换乘枢纽站之间可以开行大站快线列车, 普通车站之间提供站站停服务。
5. 线路制式
轨道交通保护 篇7
铁路、技市巧上j F3 LIS深入报道轨道交通行业创新成果全面展示轨道交通企业综合实力《铁路技术创新》是由中国铁路总公司主管, 中国铁道科学研究院主办的综合科技类期刊, 为中国核心期刊 (遴选) 数据库、中国期刊全文数据库期刊。国内统一刊号CN11-5867/U, 双月刊, 大16开铜版纸彩色印刷, 国内外公开发行。《铁路技术创新》立足于轨道交通领域, 用正刊资源每期选择一个主题, 以技术专辑、企业专辑、会议专辑、项目专辑等形式, 综合报道企业或行业的创新能力和创新成果, 重点介绍企业或行业的新技术、新产品、新装备, 是展示轨道交通领域各专业发展现状、宣传轨道交通领域机构整体形象及综合实力的理想平台。《铁路技术创新》发行全面覆盖轨道交通行业, 包括:国家铁路局、中国铁路总公司及直属单位、铁路局及基层站段、地方铁路及合资铁路公司、工程建设及装备制造企业以及各省市城市轨道交通管理、建设与运营部门等单位。并按照客户的要求, 向指定群体赠阅。主管:中国铁路总公司主办:中国铁道科学研究院·待看与您合作电话:010-51849582Innovation双月刊
轨道交通保护 篇8
温州市作为我国14个沿海开放城市和海峡西岸经济区五个中心城市之一, 是浙江省东南部第一大城市, 也是浙江省常住人口最多的城市。 (1) 市域铁路项目是解决温州市人口出行, 拉开城市框架, 推进新型城镇化建设的浙南关键交通项目。根据《温州市域轨道交通网规划》远期温州将实施市域轨道交通S1、S2、S3、S4及M1、M2等六条线, 线路总长约360公里, 总投资预计超千亿元。近期国家发改委批复的线路规划为S1、S2、S3线一期工程, 线路总长140.7公里, 总投资432.3亿元。按照城市轨道交通最低资本金比例25%的要求, 政府将承担约108亿元的项目资本金。2013年温州市财政一般预算收入为565.6亿元, 公共财政预算收入324亿元, 公共财政预算支出438亿元。因此, 财政难以承受巨大的投资压力, 必须寻求投融资机制的改革与创新。
二、温州市域轨道交通投融资现状及问题
1. 项目建设情况。
温州市目前已开工建设市域铁路S1线一期工程。该项目总投资186.07亿元, 其中目资本金占50%, 线路全长53.507km, 其中地面线3.029km、高架线39.112km、越岭双线隧道2座1.323km, 地下线10.043km, 桥隧比94.34%。项目为东西走向的都市快线, 贯穿瓯海中心区、中心城区、龙湾中心与永强机场和灵昆半岛, 并服务高铁站、温州机场。S1线于2013年3月开工建设, 目前开累率26.5%, 计划2017年建成运营。
2. 投融资现状。
面对巨额的投资, 为缓解财政压力, 温州市政府广开思路, 改革创新, 借温州“金改” (2) 之东风, 丰裕民间资本之优势, 顺势向社会推出增资扩股方案, 拟通过社会资本解决一半的项目资本金, 另一半项目资本金由市、区两级政府承担。项目债务性资金主要通过商业贷款、融资租赁、保险资金、债券等方式筹集。项目债务偿还及运营补亏则借鉴港铁“地铁+物业”的成功经验, 在轨道交通站点周边划出相应的平衡及配套用地, 通过土地综合开发和出让收益来平衡。
3. 投融资中存在的问题。
跟全国各地轨道交通项目投融资模式一样, 温州市探求了多种融资模式, 并大胆创新把丰裕的民资引入轨道交通建设。但是目前这种民资引入模式, 还缺乏顶层设计和政策的明确支持, 仅限于温州市金改之下的地方品种, 不易做大, 借鉴意义不强, 难以复制, 而且存在一定的不稳定性。而其后S2线、S3线的开工建设, 投资需求巨大, 对温州市资本市场容量考验巨大。而其他债务资金对项目资本金到位比例有严格的要求。因此, 探求轨道交通投融资机制改革创新, 尤其是股权融资方式的创新十分迫切。PPP融资模式为温州市域轨道交通投融资机制改革提供了很大的想象空间。
三、国内外轨道交通PPP模式经验借鉴
轨道交通作为准公益项目, 具有投资额大, 回报周期长, 盈利能力不足的特点。鉴于此, 国内外大多数城市轨道交通建设运营都由政府承担, 通过政府出资、商业贷款、政策性贷款、发债、发股等方式解决项目建设资金。部分城市对轨道交通投融资体制进行了改革, 探索BT (3) 、BOT (4) 、PPP等融资模式, 通过政府付费、使用者付费、财政补助、特许经营等方式吸引社会资本的参与。
1. 国外实践。
国外比较典型的是英国伦敦地铁PPP模式, 项目资金通过政府出资、地方公共团体投资、银行贷款、债券等方式筹措, 建成后由公营部门负责运营管理, 民营基础设施公司负责轨道交通设施的维护升级, 政府授予私人投资者一定年限的特许经营权, 特许经营期内给予税收优惠和财政补贴, 以保证投资者的投资收益, 特许经营期结束后无偿转移给政府。新加坡地铁公司是世界上为数不多的几家盈利的地铁公司, 它采取政府拨款建设, 地铁公司纯市场化运营的模式, 为确保这一模式正常运行, 新加坡政府制定了完善的管理制度, 通过法规政策监督管理轨道交通的运营, 并培养专业的运营人员提高地铁公司的运营能力。
2. 国内实践。
国内很多城市借鉴国外PPP模式和港铁TOD模式建设轨道交通。比较典型的如北京地铁4号线, 引入香港地铁, 通过PPP模式解决车辆、信号等轨道建设, 建成后授以三十年的特许经营权, 利用港铁公司的资金、人才和运营优势推进4号线的建设和运营。深圳地铁4号线二期采取BOT模式, 通过招标方式引入港铁公司, 利用“地铁+物业”的经营模式和特许经营的方式完成项目建设和运营。此外, 杭州、重庆、苏州、徐州、武汉等城市也在积极推广PPP的建设模式。
3. 经验启示。
国内外轨道交通建设的实践为温州市域轨道交通建设提供了很好的经验借鉴:一是坚持政府主导, 多元化融资。轨道交通半公益、半商业的性质决定了其发展必须由政府主导, 通过统筹安排、整体规划、指导定价、监督管理等方式推进城市轨道交通。轨道交通项目投资金额大、回报周期长对资金的成本和期限有严格的要求, 必须多渠道、多方式融资。二是坚持政策支持, 市场化运作。企业化运营是国内外轨道交通一次成功的实践, 把竞争机制引入轨道交通发展中能很好地把森严的等级制度转化为市场契约制度, 实现政企分开, 以解决政府集权管理带来的低效, 通过合理的补贴机制和现代化企业管理, 提高运营效率。三是坚持TOD理念, 新型城镇化建设。轨道交通有着明显的正外部效益, 其沿线尤其是站点周边的土地、物业等均有较大升值预期, 如何将外部效益内部化是轨道交通建设一直探寻的问题。香港地铁TOD模式的成功实践, 为人们提供了很好的借鉴。将轨道交通与沿线站点周边土地捆绑起来, 同步规划, 一体化建设, 使轨道交通项目盈利成为可能。
四、温州市域轨道交通项目PPP模式设想
1. 资产拆分。
把轨道交通项目工程进行合理的拆分, 拆分为纯公益性部分和盈利性部分, 对于引入社会资本更具有吸引力。这种拆分可采用两种方式拆分, 一种是项目建设前拆分, 即前拆法, 另一种是项目竣工结算后拆分, 即后拆法。在国内外轨道交通PPP模式中一般采用前拆法, 即在项目建设时, 把项目分为“A+B”两部分, A部分包括土建、洞体、轨道等 (约占总投资70%) , B部分包括信号、车辆等 (约占总投资30%) 。政府负责A部分建设, PPP公司负责B部分建设, 项目建成后, 政府以象征性的价格把A部分资产租给PPP公司特许经营。前拆法有利于引入专业的运营公司, 可以部分缓解政府项目建设压力和运营压力。但是在建设阶段政府依然承压较大。对此, 可以采用后拆法进行运作。首先引入专业的轨道交通建设合作者作为控股方设立PPP公司, 负责整个项目建设, 项目竣工决算时, 根据各部分投资比例, 将项目公司股权拆分为“A+B”两部分, A部分股权对应于土建、洞体、轨道等投资数, B部分股权对应于车辆、信号等投资数。为了保证战略投资者资金的及时回流, 约定政府逐期赎回A部分股权, 并要求其持有B部分股权共担项目运营风险, 同时鼓励其转让给另一家专业的轨道交通运营公司。
2. 土地包装。
《国务院办公厅关于支持铁路建设实施土地综合开发的意见》 (国办发[2014]37号) 鼓励通过铁路与轨道交通沿线物业开发和站点综合上盖, 以自负盈亏, 以地养铁, 减轻政府压力。香港地铁进行了成功的实践。温州市域轨道交通也在积极借鉴港铁模式, 将沿线站点周边土地与项目捆绑开发建设, 力求实现轨道交通与城镇化建设同步推进。采用PPP模式的轨道交通项目可以选择在轨道沿线配以专项平衡土地, 以增加项目收益。但是考虑到沿线土地征拆、开发、报批等投入较大, 且存在一定的政治风险, 可以交由政府负责, 作为回购股权的重要资金保障, 不纳入PPP公司, 以减轻轨道交通建设类社会资本的压力。当然也可以将土地资产拆分为一级开发部分 (C1) 和二级综合开发部分 (C2) , 再分别引入专业的社会资本联合开发合作。
3. 补偿机制。
构建合理的补偿机制, 形成有效地激励约束, 是轨道交通能否成功建设运营的关键。借鉴国内外轨道交通实践经验, 建立起集经营补偿、资源补偿、政策补偿、资本补偿等补偿机制。通过授以特许经营权, 轨道沿线周边资源优先开发权, 税收减免, 直接资本补贴等方式, 保障社会资本的收益, 提高社会资本的积极性, 实现共赢。
PPP模式很好地处理了政府与私人在公益或准公益性项目上的分工, 将成为政府性项目主要的融资模式之一。温州要通过项目试点和经验积累, 不断优化结构设计, 加大对社会资本的吸引力, 推进轨道交通发展。
摘要：PPP模式是在经济新常态下提出的一种基于政府与私人合作共赢关系的融资方式, 以拓宽融资渠道, 推动公益性或准公益性项目的建设。以温州市域轨道交通为例, 分析其建设规划情况及投融资现状, 总结国内外轨道交通建设的成功经验, 并基于此, 提出温州市域轨道交通项目引入PPP模式的设想, 旨在为轨道交通建设提供建议和思考。
关键词：PPP模式,轨道交通,融资方式
参考文献
[1]杨文杰.基于PPP模式重庆市轨道交通投融资模式研究[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文, 2011.
[2]王灏.“PPP”开创北京地铁投融资模式先河[J].中国科技投资, 2009, (12) .
[3]国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见 (国发[2014]60号) [Z].2014-11-26.
[4]关于推广运用政府和社会资本合作模式有关问题的通知 (财金[2014]76号) [Z].2014-09-23.
[5]关于政府和社会资本合作示范项目实施有关问题的通知 (财金[2014]112号) [Z].2014-12-09.
轨道交通保护 篇9
从总体上看, 在轨道交通规划过程中考虑轨道交通与其他交通方式衔接问题时, 主要是对两者换乘系统在总体布局上进行分析, 且大多关注换乘枢纽与线网规划的设计问题, 在运营过程中没有充分考虑轨道交通与慢行交通的协调。在此主要考虑在靠近城市中心区, 以“步行+公交”模式换乘;对于外围区, 则以“自行车+公交”模式换乘。分析乘客通过轨道交通的换乘时间问题, 对换乘设施优化调整, 进行列车时刻表的协调, 减少换乘时间。
1 进站乘客换乘时间分析
乘客换乘目的轨道站点, 换乘时间上存在一定的延误。这里基于合理的慢行交通系统布局基础上, 换乘设施和换乘服务水平对换乘延误时间产生较大影响。换乘设施主要包括轨道站内售票窗口和进出站检票口排队类设施、换乘通道、换乘楼梯和自动扶梯集散设施。服务水平主要包括换乘线路列车时刻的设计, 如列车间隔、列车间隔时间、到发时间的匹配协调, 以及发布相关信息等产生出行者的等待时间。缩短乘客的换乘延误时间, 可以减少乘客换乘时间, 使乘客换乘时间最短的目标得到实现。
乘客换乘时间主要包括四部分, 即t=t1+t2+t3+t4, 其中, t1为乘客步行/自行车到达轨道站点/自行车停靠点所用的时间;t2为购票检票时间;t3为乘客在集散设施的步行时间;t4为乘客在轨道站点的候车时间。
慢行交通系统布局设计关系到乘客到达慢行交通换乘点所用时间t1。这里是基于慢行交通设施布局合理的情况下, 轨道站点对步行乘客的辐射范围一般为500 m~800 m, 以正常步行速度1.2 m/s, 乘客到达轨道站点的时间为0 min~7 min或0 min~11 min;而轨道站点对自行车乘客的辐射范围一般是1 000 m~2 000 m, 以普遍的自行车速度2.8 m/s, 自行车乘客到达轨道站停靠点的时间为0 min~6 min或0 min~12 min, 轨道站点对步行/自行车乘客的辐射半径内, 可把乘客到达站点的换乘时间视为固定值。
排队类设施服务台的数量及其服务能力影响乘客购票检票时间t2, 在车站内乘客在设施服务台前排队容易发生拥挤, 因此车站的集散能力、乘客的排队时间与排队类设施服务台的数量有关, 合理配置服务台的数量对提高公共交通的服务水平具有重要的作用。
乘客在集散设施的平均步行时间t3主要与换乘通道的长度有关, 在同一换乘通道的情况下, 步行速度一般取1 m/s, 因此把步行时间t3视为固定值考虑。
下面对t4产生的三种情况分别进行分析:乘客到达时间与轨道列车时刻表的衔接会影响乘客的候车时间t4。1) 乘客到达轨道站台时, 列车还没有到站, 乘客需要等待一定时间, 这时候车时间t4小于列车的发车间隔;2) 乘客到达轨道站台时, 列车刚好离开站点, 这时乘客的候车时间最长, 乘客的等待时间为一个发车间隔;3) 乘客到达轨道站台时, 列车刚好到站, 这种情况下乘客候车等待时间为零。
由以上分析得知, 乘客购票检票时间和换乘候车时间对换乘轨道交通的时间产生主要影响。缩短乘客在设施前的排队时间以及换乘候车时间可以大大缩短乘客换乘时间。针对上述问题, 可以通过合理确定排队类设施服务台的数量, 在运营中进行列车时刻表的协调和优化, 缩短换乘等待时间, 使慢行交通与轨道交通的衔接效率得到提高。
2 售检票排队设施等待时间模型
排队设施服务台数量、设施所服务客流的平均到达率γ、每个服务台的平均服务效率μ等因素都会影响乘客的排队时间。乘客在设施服务台前排队可以视为一个排队论系统, 因此可以用排队论中相关方法来建立排队等待时间模型。
乘客其平均到达率为γ, 符合泊松分布, 并假设γ为已知值, 服务台的平均服务效率为μ, 可根据设施的通过能力得到。设服务台的总数为c。系统中乘客的平均排队长度L= (γ/c) 2/[μ· (μ-γ/c) ], 排队中的平均等待时间为:
3 乘客候车等待时间模型
在运营中, 对车辆调度时, 要考虑换乘时间中乘客等待时间, 尽可能地缩短乘客换乘等待时间。在平峰时, 等待候车的乘客全部能换乘成功, 而高峰时只有一部分乘客换乘成功, 另一部分乘客需要等待下一班列车。因此对平峰期间与高峰期间这两种情况分别进行探讨。这里设高峰期间发车间隔为T高, 平峰期间发车间隔为T平, 发车间隔为固定值。
3.1 平峰期间
交通平峰期间, 候车的乘客全部都能换乘成功, 无需等待下一班列车。平峰期间分别对城市中心区和外围区的轨道站点的候车时间进行分析。假设在城市中心区站点以及枢纽站, 客流量较多, 乘客在候车时形成排队, 而外围片区站点客流较少, 无需排队等候。
3.1.1 城市中心区站点乘客候车时间
假设城市中心区乘客的到达近似泊松分布, 各站到达率为λi, 列车各站点能够上车人数为Pi, 故服务率φ=Pi/T平, 列车门看成2个可服务的通道, 则每个服务通道的平均服务效率φ1=φ/2N, N为列车门的数量, 这时列车与到达客流构成了“单路排队多通道服务系统”。站点中乘客的平均排队长度为珔Li平= (λi/2N) 2/[φ1· (φ1-λ1/2N) ], 这时轨道站点i处乘客平峰期间平均候车时间为:
3.1.2 城市外围站点乘客候车时间
外围站点乘客的到达服从泊松分布, 平均到达率σi, 乘客平均时间间隔为1/σi, 这里并假设第一个候车乘客到达时, 与上一列车离站相隔Δt, 于是这位乘客的候车时间为 (T平-Δt) , 接下来一位乘客的候车时间为 (T平-Δt-1/σi) , 则第j名乘客的候车时间为[T平-Δt- (j-1) /σi], 乘客总候车时间为:
一个发车间隔T平内, 总共可以到达的人数为:
乘客平均候车时间为:
3.2 高峰期间
交通在高峰期间, 因为上下学、上下班的客流量较多, 导致慢行交通乘客到达轨道交通点后形成过长的排队。由于列车载客量的限制, 排队中乘客不能完全成功换乘, 有一部分乘客不得不等待下一班列车, 导致增加了延误时间。
对于站点i, 乘客到达率为γi, 发车时间间隔T高内, 排队的乘客数为γi·T高, 故服务率φ高=Pi/T高, 把列车门看成可服务的2个通道, 则每个服务通道的平均服务效率φ2=φ高/2N, 换乘成功的Pi名乘客平均等待时间为, 排队中有γi·T高-Pi人不得不等待下一辆列车。高峰期间乘客在轨道站i点处平均候车时间为:
4 换乘时间评价
换乘时间主要与步行距离、换乘客流量、检票口的通过能力以及售票窗口的服务水平、轨道运输能力等因素相关, 因此相对应地提出将换乘步行通道时间I、售检票设施排队时间T、候车等待时间W作为换乘时间的评价指标。将换乘时间用换乘损失U来衡量:
其中, α, β, δ分别为乘步行通道时间I、售检票设施排队时间T、候车等待时间W的权重。权系数的确定可采用专家法、特征向量法等。一般乘客等待时间不要超过10 min, 早晚高峰时一般不超过5 min[4]。对换乘时间的定量研究为研究换乘对出行需求的影响提供条件, 从而有助于改进各影响因素, 缩短乘客换乘时间, 进而提高换乘的无缝衔接性。
5 结语
换乘时间是反映慢行交通与轨道交通系统衔接效率的定量指标, 它可以对衔接换乘布局、运营模式进行评价。对慢行交通衔接城市轨道交通的换乘时间分析问题进行了研究, 在研究中运用排队论模型, 建立乘客换乘时间模型, 并提出评价方法。其研究成果是为确定换乘站设施规模与轨道列车发车间隔提供依据, 提高了公共交通服务水平和公共交通吸引力。
摘要：在分析城市轨道交通与慢行交通特点的基础上, 以缩短乘客换乘时间为目的, 研究了慢行交通衔接城市轨道交通的换乘时间分析问题。通过对换乘时间的详细分析, 将乘客换乘时间分为四个主要部分进行分析, 应用运筹学中的排队理论, 建立起慢行交通乘客换乘轨道交通的时间模型, 最后用换乘损失对换乘时间进行评价, 为确定换乘站设施规模与轨道列车发车间隔提供了依据。
关键词：交通工程,时间分析,排队论,慢行交通
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