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城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析

发表时间：2020/9/24 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张士宏

[导读] 摘要：随着我国的经济蓬勃发展，交通轨道运输系统也越来越完善，城市交通面临着较大的压力，作为支撑交通运输的基本元素，交流牵引供电系统为保障交通安全提供了重要的动力，交流牵引供电系统的形成，可不简单的为交通轨道运输提供电力能量，且不容易受到外界的影响而脱离控制，当前我国的城市轨道交通交流牵引供电系统，正逐步的优化技术形式，为保障交流牵引供电的可靠性，而展开了系统的研究。

        安徽省芜湖运达轨道交通建设运营有限公司 241000
        摘要：随着我国的经济蓬勃发展，交通轨道运输系统也越来越完善，城市交通面临着较大的压力，作为支撑交通运输的基本元素，交流牵引供电系统为保障交通安全提供了重要的动力，交流牵引供电系统的形成，可不简单的为交通轨道运输提供电力能量，且不容易受到外界的影响而脱离控制，当前我国的城市轨道交通交流牵引供电系统，正逐步的优化技术形式，为保障交流牵引供电的可靠性，而展开了系统的研究。
        关键词：城市轨道交通；供电系统；关键技术
        引言：
        交流牵引供电系统作为城市轨道交通的根本行动力，应在技术处理下，尽可能排除短路等的风险，减少轨道运营危害，使得设备运行能够在意外环境下尽快的恢复交流牵引供电，实时保障交通的正常通行。尽可能的避免出现交流牵引供电系统迷流问题，做好对轨道交通的分布保护，提供合理的交流牵引供电方案，为城市轨道的交通运输提供安全空间1。
        1.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析
        1.1牵引变电站位置确定
        牵引变电站位置的确定比较麻烦，不可能在每一个列车站都设置牵引变电站，变电站位置的设置需要考虑多方面的因素，比如牵引系统的网络结构，牵引系统的各
        部分的电压等级等，我们需要对牵引供电网络的电网的电压损失等因素进行详细计算才能得到一些网络能耗等诸多影响结果。
        1.2牵引变电站电气主接线
        确定牵引变电站的位置之后我们需要采用一根母线分两段运行的方式，通过从变电站引出一根母线，之后分成两根输出，一个变电站有两个整流器组，这种结构的好处在于当一个整流器不能正常运行的时候另一个整流器还能正常工作，不会影响整个供电系统的运行，满足供电要求，而且直流馈线也被采用到了系统当中，这样可以采用单区段接触网双向供电，这样可以在两个整流器都不能正常运行的时候可以采用接触网单边供电。
        1.3牵引变电站继电保护配置
        同直流牵引供电系统相似，主要开关柜的保护采用微机保护的形式，交流供电
        系统牵引变电所内可不设置杂散电流防护系统，同时没有对牵引馈出设备的绝缘
        安装要求，无需设置框架泄露保护装置。对于环网进出线柜，包括所用高压电源进出线和独立牵引电源进出线，设置光纤差动保护作为主保护，选择电流比较保
        护作为线路后备保护;本体后备保护可选择低压启动过电流保护、零序过电流保护和失压保护等功能。对牵引变压柜即单相变压器柜，由于采用牵引支路和回流支路，牵引支路可选择电流速断和过流保护和过负荷保护，牵引变压器内部故障由电流速断保护功能实现跳闸;本体超温由硬接点送至保护系统的综合保护继电器输入端，系统接收到信号后，可以实现速断或延时跳闸;对于回流支路主要考虑设置电压保护。对于交流上网馈线柜，可以参照直流馈线柜的保护设置，电流速断保护、双边联跳保护、过电流保护作为后备保护。通过以上城市轨道交通交流牵引供电系统在主变电所、牵引变电所、保护配置方面的设计说明，解决了负序电流、电牵引供电系统的实际情况为主要系统和设备选择了完善的保护配置，为交流单相牵引供电系统在城市轨道交通运用提供了切实可行方案。
        1.4牵引网分段供电与保护
        由于电缆牵引网具有长距离传输、可输送电能大等优点而被广泛使用，但是若采用上下行并行线路，成本较高，且设备搭建较为复杂，所以一般采用分段供电的形式。电缆和接触网的分段设计既可以是同步进行的，又可以是分段完成的。为
        了便于施工，一般在变压器处采用统一分段，在其他区间线路中多采用分开分段。这样既可以提升系统的可靠性，又可以进行分段保护。使故障风险降到最低。

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        1.5主变电所供电方案
        主变电所的供电方式主要依赖地铁、轻轨等设备的数量和它们所处的位置，所以供电方式可采用单线、双线和多线的方案，以适应不同的设备需求。
        2.城市轨道交通供电系统设计方法的思考
        列车的动力源是牵引电机。牵引电机分为直流牵引电机和交流牵引电机两种。与直流牵引电机相比，交流牵引电机具有功率密度高价格便宜、简单可靠和防空转性能好等优点，同时没有直流牵引电机的换向环等机械环节，更加适于大功率高速运行，因此，交流牵引电机正在取代直流牵引电机成为干线铁路和城市轨道交通的主要动力源。
        由高速铁路和干线铁路发展起来的使用交流牵引电机的列车（包括机车和动车组）称为交直交列车，它易于把制动能量再生为电能送回电网，用电和发电一样简单、方便，安全可靠，节能环保。而直流制的牵引供电系统和直流牵引电机要完成这一过程除了增加价格不菲的专用设备还要配以十分复杂的控制装置，甚至难以实施。
        综合干线铁路和地铁、轻轨牵引供电系统的特点，以及所采用的直流制和工频单相交流制的优缺点，提出并研究一种新的牵引供电系统（无分相、无迷流的，用于以地铁和轻轨为主要代表的城市轨道交通，并采用工频单相交流制）十分必要。地铁、轻轨还有着与干线铁路显著不同的特点，其线路较短，一般不超过50 km，并且各条线路互不平交、衔接。若要实现地铁、轻轨的交流牵引供电系统无分相，最直接的方法似乎是借助干线铁路的同相供电技术以及最新发展的新一代牵弓引供电系统及其关键技术。但地铁、轻轨的接触网电压等级低，供电距离短，牵引变电所密集，为了降低负序影响往往需要在牵引变电所实施负序补偿、增加负序补偿装置以降低负序影响。应配以适当接触网电压等级的，适用于城市轨道交通的工频单相交流牵引供电模式。
        3.供电系统运行安全管理及设备维护的提升路径探究
        3.1升级一次设备，提升高电压系统绝缘性能
        重视高压设备升级与更新，对实现轨道供电运行管理来讲，至关重要。运营维保部门需要依据设备运行状态、负荷变化及国家标准分析，必要时开展供电一次设备的升级改造，优化供电系统、提高绝缘性能，从而为设备运行质量和检修人员的安全工作环境提供保障。
        3.2拓展管理人员综合水平
        技术管理人员在供电系统安全生产及设备维保工作中，发挥显著的领军作用。因此做好管理人员队伍建设与培养，对实现轨道交通供电安全管理十分重要。供电维保部门应当积极发现并培养既懂设备技术、又懂一线管理的复合型人才。在技术管理人才培养上，强化其一线带班作业的工作阅历和能力，拒绝脱离技术的纯粹管理。同时扩展技术管理人员表达和沟通能力的提升，拓展管理思路和格局。从而优化供电部门安全管理的工作环境。
        3.3积极建立变电运行安全管理制度
        一要不断改进和完善现有的变电运行管理制度，电力企业值班人员需要全面记录下具体变电管理中的操作记录，严格执行工作票许可终结工作要求和标准，从各项规章制度入手落实安全管理工作。实施交接班制度的过程中，遵守各项管理制度，在规定时间内完成交班，及时开展全面检查和签字记录工作。结合电力系统变电运行工作的实际开展情况，合理增加巡回检查次数，并将检查结果记录在工作报告之中，为后续开展检查和维护工作提供信息支持。按照国家相关法律、法规，电力行业作业标准等要求，制定严格的安全管理制度。
        参考文献：
        [1]于万聚.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析[M].成都：西南交通大学出版社，2019.
        [2]董昭德，李岚.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析[M].科学出版社，2019，18（4）：786-788.
        [3]傅俊武.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析[J].电气化铁道，2017,13（103）:186-190.
        [4]芮小刚.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析[J].科技信息，2018（2）：350-351.
        [5]王超峰.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术分析[J].建筑电气，2019（5）：39-45.