夏武隆
重庆市轨道交通（集团） 有限公司 重庆市 400054
摘要：在城市化进程中，为了克服市区交通拥堵问题，轨道交通的建设为其提供了更好的思路。为了提高轨道交通运行安全性与经济性，牵引供电系统技术的优化应用极为关键，决定了轨道交通能否高效可靠的运行。随着技术的发展，牵引供电技术也有了显著发展，考虑高效节能的问题，衍生出再生制动与储能吸收装置，而且轻量化设计也是重要发展方向，下面就此展开详述。
关键词：城市轨道交通；牵引供电系统；变电站
引言
自本世纪初以来，我国城市轨道交通持续了近20年高速发展，其间，诸如牵引供电等系统的建设和运营，经验已日臻成熟，成果有目共睹。同时，受科技发展水平的制约和粗放式建设模式的影响，牵引供电系统所能达到的智能化水平还不能较好地满足运营需求，维修维护手段的单一与相对落后就是典型体现，从而在很大程度上制约了线路的高效运营。随着云平台、大数据、物联网等新科技的快速兴起以及牵引供电底层设施监测手段的不断完善，特别是运营部门对自动化、信息化、智能化需求的日益迫切，建设智能、高效的牵引供电运维系统提到了行业发展的最前沿。
1研究背景
当前，城市轨道交通正向着更加智能化、规模化，以及更加安全可靠的目标前行，对信息通信技术提出了更高的要求。城市轨道交通包含视频监控系统、动力系统、供电系统、轨道信号系统、控制系统等诸多子系统，庞大且复杂。要管理好这个庞大的系统，就需要处理好各种半结构化和非结构化数据，用数据来对城市轨道交通系统的真实运行状态进行描述，从而及时、准确地将数据信息传达给系统中的各职能部门，最终实现智慧轨道交通。以某城市的地铁为例，其供电系统由电源系统和输配电系统组成，产生电能并负责电能的分配和输送，最终为地铁列车牵引，以及车站、区间、车辆段、控制中心等提供所需的动力、照明、测试、维修等工作用电。供电系统一次设备由各电压等级母线、断路器、变压器、整流柜、电缆、供电柜等电气设备组成。已经投入运行20余年的某城市地铁供电数据采集与监控系统，主要负责电量采集与电力设备监控，监视回路电压电流、故障跳闸等，并进行开关遥控合分，但无法感知监测导体连接质量、绝缘损坏等。该地铁的供电系统一直由人工进行定期巡检，工作量大，效率低，成本高，发现问题周期长，人工巡检发现的问题远远少于实际出现的问题，浪费人力、物力，且延误检修时机。一旦发生供电设备连接质量故障、绝缘损坏等，极易引发供电中断等情况，对该地铁的安全运营造成影响。随着大数据技术的不断发展，实现地铁供电系统的智能运维成为了可能。地铁供电系统实现智能运维后，能提高系统的供电品质，并降低能耗。地铁供电系统的智能运维需要先进技术和手段的支撑，比如智能传感器、大数据、故障预测与健康管理等。
2城市轨道交通牵引供电系统的技术发展
2.1基于第三轨供电技术
第三轨供电是当前我国城市轨道交通项目建设中常用的供电网络，在材质中主要是选取钢铝复合型材料，此类材料具有良好的导电性能。促使牵引网在建设过程中电能损耗问题会不断降低，不用在轨道沿线设定馈电电缆，对项目建设成本进行控制。第三轨在结构组成中主要有防爬器、底座、接头等，其中接触轨接头主要是由两种组成，分别是正常接头与温度伸缩接头。正常接头安装中要选取铝制鱼尾板进行固定，支持点距离能保持在600mm之上。温度伸缩接头应用能对温度变化进行控制，对接触轨伸缩性进行调控。第三轨组成机构相对简单，在安装与维护阶段消耗的费用较低，受到自然天气要素影响较低，能在小尺寸隧道进行应用。
2.2轻量化设计
对于城市轨道交通来说，其功率密度的提高可显著降低机车能耗，而这可通过轻量化设计来实现。由于牵引供电系统在机车中同样有配套设施，也是机车载重一部分，对机车内供电系统予以轻量化设计，可以起到节约电能作用。
1）高频化，可借助更加先进的功率器件，或对其进行优化，通常来说就是对常规电容、电抗等感性器件替换为高频功率器件，可使机组配重显著降低，达到轻量化设计目的。2）箱体的轻量化设计，对于轨道列车来说，车载变流器箱体的重量往往较大，而常规钢铁结构较为笨重，更为先进的有铝合金箱体，不仅耐腐蚀，而且有轻量化优势。
2.3刚性接触网
对刚性接触网的应用在我国城市轨道交通牵引供电系统运行中的成效更加显著。刚性接触网通过对硬质金属条的应用，取代传统导线，确保悬挂效果。综合实践应用表明，对刚性接触网的应用，优势明显，增加接触面积，消除传统城市轨道交通牵引供电系统存在的问题。我国大多数城市内部轨道交通系统多为从下到上，这种转换对刚性接触网的应用，使得其应用优势更加明显，实现无缝对接，无需更换操作。刚性接触网的结构设置一般采用集电弓方式进行布置，传统接触网应用过程中出现脱落的问题被全面规避，接触网的布置与应用更加稳定、可靠，通常比较适用于速度快的城市轨道交通系统。
2.4全面、丰富的数据采集功能
作为运维智能化的基础，底层高压设施的状态采集应更加全面。对于变电设施，除采集传统的高压开关合分状态，开关柜SF6压力报警信号，变压器、电容电抗器、整流器温度信号、跳闸及保护信息等外，还应通过增设必要的在线监测装置采集电缆头温度信息、SF6气体微水信息、局部放电信息、直流柜触头温度信息、合分闸回路故障信息、监控二次回路故障信息等。对于接触网设施，应增加对弓网运行状态、接触网悬挂状态问题的实时采集及分析功能。
2.5交流牵引供电系统电缆牵引网分段供电和保护
在城市轨道交通牵引交流供电系统中电缆牵引网安装，通过实施牵引网分段供电方式能对电能传输过程中产生的消耗问题进行控制。在正常情况下，应用1500V直流电压对牵引网有效供电，较少情况下会选取750V电压进行供电。在牵引网应用中要选取上下两条线路作为基本支撑，将两条线路进行并联。要对变压器采取统一化管理措施，对区间线路选取分段电能传输，此类方式可以对线路进行分段保护，对故障发生影响程度进行判定。
2.6新型半导体器件的应用
近年来，常规硅材料的半导体在性能开发上也达到了极致，上升空间较为有限，而SiC材料被视作半导体领域革命性的创新，相较于硅材料有显著优势，不仅在开关速度上有所提升，而且器件自身损耗更低，对作业环境下高温耐受能力更佳，也能较好解决常规器件的关断拖尾电流问题，也就是说，通过应用SiC器件，能够达到更高开关频率，使电能转换质量更高，而且整体结构更加简单，减小对器件工作中冷却的要求，使其具有轻量化的特点，当其与牵引供电系统结合，可对轨道交通带来更高的供电可靠性与经济性。
结语
城市轨道交通建设范围扩大、建设水平提高，加强城市之间的连通性，实现以大城市带动小城市经济发展，提升工作与生活品质，促进城市经济提升、维护社会秩序稳定。重视城市轨道交通建设，地铁、轻轨运营数量增加，人们出行更加便利，人们生活质量提高，交通拥堵率大幅度降低。将关键性技术提升作为牵引供电系统发展的首要任务，节省建设成本，保证运行安全。
参考文献
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