城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术

王钰烁

摘要：城市轨道交通系统具有起停频繁、行车密度大等特点。虽然采用直流制牵引供电系统供电具有一定优势，但也存在杂散电流等问题，治理成本较高、治理措施复杂等。因此，交流制牵引供电系统得到了广泛应用。

关键词：城市轨道交通;交流牵引供电系统;关键技术

随着科技的飞速发展，交通业也在逐步壮大。我国一、二线城市已纷纷修建轻轨、地铁、动车组等线路，这不仅方便了市民的交通出行，也给城市轨道交通供电系统带来了巨大压力。各国交通专业学者都在关注牵引供电系统的设计与创新，直流式、交流式、双制式在该系统中较常见。这些供电系统旨在车流量达到峰值时为线路提供连续、高效和稳定的供电。因此，供电系统的研究对车流、人流量大的城市具有重要意义。

一、城市轨道交通牵引供电系统

1、直流制。城市变电所、牵引网和接触网主要由直流1500V供电方式设计及搭建。该类型牵引网采用双边供电方式，当线路发生故障时，采用大双边供电方式，以达到跨区域供电的效果。此外，直流制供电方式也采用杂散电流保护机制。直流制能很好地将电能分流到各网络并远距离传输，但由于其变电方式，可提供的供电距离较短，会增加部分设备投资成本，而且系统的传输速率较低。因此，该系统无较强优势可言。

2、交流制。交流制牵引供电系统采用25kV交流电传输，牵引变电所大多采用单向“电压-电压”相接方式，变电所配置两台变压器，变压器大多采用双绕组单相变压方式，它们组合成一角开口的三角形结构，其中与电网相接的端口是高压侧的两个开口端和一个公共端口，接地端是低压侧的公共端，另外两个开口端分别与牵引侧母线相接。对于降压系统，除终端降压外，在线路区段还设置一个加压系统，以方便区间内设备的照明使用。但由于系统长期处于动态取流状态，接触压力大，因而交流制牵引供电方式对设备的耐磨性要求较高。

二、城市轨道交通交流牵引供电系统的关键技术

1、变电站位置的确定。在轨道交通运营过程中，牵引供电系统的设计关系到其运营经济性及安全性。其中，变电站的位置应通过考察验算确定。一般来说，根据牵引网架结构的特点及其对牵引供电电压的要求，然后通过实地考察，最终确定牵引变电站合适位置。同时，计算不同距离下的电压损失，以确定最经济的供电距离，保证牵引供电系统的电能质量要求。

2、交流牵引供电系统的保护配置。受城市交通压力的影响，在使用交流牵引供电系统时需配备保护装置，以减少停断电对人们生活出行等的影响。通过正确应用供电变压器电流速断保护装置，在全面维护轨道交通交流牵引供电系统的基础上，保证供电的稳定性。保护装置可实现反时限电流保护，减少母线和馈线的故障。另外，保护系统还能围绕短路电流适当调整保护装置的启动时间，以增强安全防护效果，减少故障对供电系统的损害。

3、牵引变电站电气主接线。牵引降压混合变电站位置确定后，建设中需采用27.5kV单母线分段运行。从主变电站引入2路27.5kV交流电源，分别接入27.5kV一/二段母线。每个混合变电站需建设两套整流器组，以便在同一27.5kV母线上并联运行，该设计能有效保证两套整流器组的功率输出均匀，减少对通信线路的影响。当混合变电站中的一台整流机组出现问题时，另一台可继续工作，以满足供电要求。在两个混合变电站之间建设一条直流馈线，以便为同一区段的接触网提供双向供电。通过这种设计，当混合变电站中的两组整流器出现问题时，接触网可满足单边供电。

4、关键技术。①电缆牵引网。若建设过程中接触网采用交流供电，可采用并联方式，并可搭建备用供电线路，使两条供电线路均能正常使用，互为备用线路。与原直流供电方式相比，该交流供电方式提高了供电可靠性，提升了供电总量，降低了功率损失程度;②牵引网分段供电及保护。直流牵引供电网可远距离传输，在初期建设中得到广泛应用。但若采用上下行并行线路建设，投入成本相对较高，搭建设备相对复杂，一般采用分段式供电形式。这样，线路和接触网的设计可同时进行，也可分开完成。为便于建设期间工人施工，变压器处也将采用统一分段，其他区间则分开分段，以提高供电线路的可靠性，降低故障风险，实施分段保护;③主变电所供电方案。该供電方式主要根据交通线上设备的数量和位置，采用单线、双线、多线等不同方案设计，可满足不同设备的不同需求。

5、接触网。现代有轨电车按供电方式可分为接触网供电、无接触网供电。无接触网供电包括磁性吸附供电、第三轨供电、电磁感应供电、超级电容供电、电池包供电。

电力牵引系统的组成非常复杂，其中接触网占有重要的地位。在电靴或电弓的帮助下，可在接触网中获得电能。同时，接触网还可提高列车运行的安全性和可靠性。其主要特点为：①由于电力机车与接触网的关系，不能采用备用方式。只要接触网出现问题，整个区间的供电将无法正常运行;②接触网下的电力机车运行速度快，因此或多或少会出现由于电弓离线引起的电弧。同时，运行环境相对暴露，比其他电力线路更易发生故障;③在接触网建设初期，需对导线张力、高度、接触网弹性、均匀度等提出严格要求，以确保电动车组在接触网内安全、高效地获取电能。接触网可分为两种类型：柔性和刚性。其中，柔性接触网包括简单悬挂和链式悬挂，结构简单，支柱高度低，属于简单悬挂的特点，支撑点承受的载荷不重，因此广泛应用于城市轻轨和无轨电车。链形悬挂采用悬索将导线与承力线连接起来，解决了简单悬挂中的硬点和小跨度问题。因此，链形悬挂在大跨度、长距离、高速电气化铁路中得到了广泛应用。刚性接触网具有运营维护工作量小、事故影响范围小、结构简单等优点。

总之，随着社会经济的不断发展，城市交通压力越来越大，人们对交通的需求及要求也逐渐提高。城市轨道交通作为一种交通方式，其载客量及通行速度远超过陆上交通，是一种高效的交通工具。轨道交通交流牵引供电系统是轨道交通的重要组成部分，能提高轨道交通运行质量，还能保证运行稳定性及安全性。

参考文献：

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[2]廖黎明.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].中国高新区，2018（06）.

[3]付生奎.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].科学与财富，2019（36）.