城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析

许宏达

摘要：近年来，轨道交通在众多城市发展得非常迅速，不少城市又新建了轨道交通线路。城市轨道交通极大地便利了人们的生活，解决了路上交通拥堵的状况，同时带动了周边经济的发展。供电系统是城市轨道交通一个重要的环节，为供应整个城市轨道交通供应安全稳定的电能。供电系统由牵引电机作为动力，目前使用较多的的是交流牵引供电系统，本文就城市轨道交通的交流牵引供电系统进行了阐述，并对其关键技术进行了分析。

关键词：轨道交通、交流牵引、供电系统、关键技术

随着城市经济水平的提高，人们的出行也在不断增多，加大了城市交通的压力。轨道交通的发展大大缓解了城市的交通压力，其中供电系统是城市轨道交通运行中非常重要的保障。

一、城市轨道交通交流牵引供电系统综述

轨道交通一般由列车、列车轨道、列车站、各种控制系统、供电系统等构成，列车运行的动力来源于牵引电机，而牵引电机又有交流牵引电机和直流牵引电机。综合来说，交流牵引电机的功率承受力优于直流牵引电机，而且交流牵引电机不需要换向环等一些机械结构，因此在轨道交通供电系统上交流牵引电机渐渐取代了直流牵引电机。交流牵引供电系统最大的优点在于其功率高、结构相对简单、成本消耗低、防空转性能强，但是它相对直流牵引电机的一个缺点是它可能会产生电磁干扰，是今后还需要加强改善的地方。

交流牵引供电系统采用单向链接，它包含两台变压器，采取双绕单向变压。电网的一端为高压，与电网的接入端连接，电网的另一端为低压，低压接地，电网的其余端口连接牵引电机母线。供电系统终端需要降压，因此增加了降压系统。而一些如照明系统则需要偏高一些的电压，因此又加入了增压系统。整个供电系统中合理运用降压和增压装置，保障了每个系统的正常工作。另外，由于交流牵引供电系统需要长时间处于取流状态，导致接触面需要长期摩擦，因此必须选择最为耐磨的材料。

二、 交流牵引供电系统的内部构成

（一） 供电方式

城市轨道交通最为普遍的应用就是地铁和铁路。以地铁而言，其供电方式是采用双边供电，即通过两侧的牵引变电所进行负担，尽可能降低牵引网的电压损失。双边供电的方式是目前地铁建设供电的主要方式，保障了地铁轨道交通的稳定。以铁路而言，其供电方式主要有直接供电、带回流线直接供电、自耦变压器供电等方式。铁路的供电方式通过对吸流线对电流的返回牵引来进行有效利用，还能够对钢轨产生的电流与回路形成减少阻抗，降低对通信的干扰。这种供电方式结构也相对简单，便于后期的维护，也便于推广和应用。

（二）接触网

接触网是交流牵引供电系统中的重要组成结构，系统通过电弓和电靴等结构从接触网上获取需要的电能，有效保障列车的平稳运行。接触网的作用有很大，首先如果接触网发生故障，那么整个供电系统都将会瘫痪。其次，由于电弓和电靴等结构在工作时经过摩擦产生电弧，很容易出现故障。因此，接触网的设计和制造都需要按照严格的标准，以防后期出现过多的故障。

三、 交流牵引供电系统的关键技术

（一） 牵引变电站的位置确定

不是每个列车站都需要设立牵引变电站，这样不仅浪费了成本，也造成了资源浪费。牵引变电站的位置确定需要综合考虑多方面因素，例如牵引系统内部的电压等级、网络结构等，在建设过程中需要通过实地测量和精确计算合理分配。

（二） 基于第三轨的供电技术

基于第三轨的供电技术是我国目前在轨道交通建设当中常用的供电技术，它一般采用钢铝复合型材料，这种材料具有较好的导电性能。基于第三轨的供电技术可以有效降低电能损耗，无需再在轨道沿线设置馈电电缆，大大节约了建设成本。另外，此项技术的接触轨有两种接头，一种是正常的接头，它就是需要利用铝制的鱼尾进行固定，并且需要保持距离支持点大约600毫米的距离。另一种接头是能够根据温度进行伸缩，有效避免了轨道热胀冷缩的问题。

（三） 电缆牵引网

利用交流电对牵引接触网供电，采取并联的连接方式，同时还配备备用的电缆线。在平时的工作中，备用电缆线路可以与正常电缆同时工作，提高了供电电能，减少功率的损失，作为备用油提高了线路的安全性。

（四） 电缆牵引网的分段供电技术

电缆牵引网可以长距离传输，并且它可输送的电能大，在现代轨道交通上被广泛应用。如果牵引网是采用上下并行线路供电，但是其搭建就会相对复杂而且成本高，因此对于电缆牵引网更适合采用分段供电。分段供电不仅可以将轨道交通建设分段进行，还可以对每段供电系统提供有效的分段保护。遇到某个线路停电断电，这时候交流牵引供电系统中的电流速断装置便会起到保护作用，不会影响整个供电系统，实现了供电系统是稳定性。另外，这些保护装置还可以降低母线和馈线的故障概率，它可以根据短路电流的强弱来控制保护装置启动的时间，做到安全高效保护，保障整个供电系统的性能。

（五） 主变电所供电方案

主变电所供电主要根据城市轨道交通的数量和位置进行设计，根據不同的设备要求提供相对应的供电方式。在主变电所还需要设置负序补偿装置，降低牵引供电系统的功率。

四、结语

城市的轨道交通发展给人们的生活和经济的发展都带来了非常明显的改变，我国轨道交通还需要不断加强核心技术的研究，同时保障各系统的安全，防止故障的产生。作为每一条轨道线路必不可少的供电系统，交流牵引供电系统和其关键技术是目前城市轨道交通的重要研究项目。交流牵引供电系统不仅为我国节约了建设成本，还保证了我国城市轨道交通的平稳运行。

参考文献：

[1]. 黄建平.市域铁路牵引供电方案[J].电气化铁道，2019（2）.

[2]. 陈杰.城市轨道交通牵引供电系统的技术发展研究[J].装备维修技术，2019（8）.

[3]. 张景景;刘雨欣.城市轨道交通的牵引系统供电技术分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（6）.

（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司）