任毅波
中铁电气化局集团有限公司 陕西西安 710100
摘要：牵引供电制式是指牵引供电系统采用的电流制式、电压等级和授流方式3种。国内城市地铁一般采用直流牵引，而电气化铁路一般采用单相工频交流制。本文主要分析新型轨道交通牵引供电制式研究
关键词：新型轨道交通；牵引供电系统；比选；DC1500V
引言
新型轨道交通工程牵引供电系统在选择牵引供电制式时，涉及供电、车辆、限界、桥梁、隧道等众多专业，需综合考虑安全性、可靠性、经济性、资源共享、景观需求等诸多因素。
1、电流制式
1.1直流制式
对于城市轨道交通，无论车辆是采用直流牵引电动机还是交流牵引电动机、旋转电动机、线性电动机传动方式，都采用了直流制式馈电。直流制式优点有：电压等级较低、电气绝缘距离较小，对土建路基、桥梁断面及隧道净空要求较小；调速范围大、易于控制、车辆启动与制动平稳等。直流制式缺点为：直流牵引制式供电能力较低，牵引负荷小，牵引所亭设置较密，牵引供电投资较高。
1.2交流制式
35kV优点为：可以减少牵引变电所、牵引降压混合变电所及外部电源接入线路数量，牵引网截面较小，大幅节省牵引供电系统投资，对高速重载牵引负荷适应性好，大部分铁路系统均采用此种制式。35kV缺点为：35kV电压等级较高，电气绝缘间隙要求大，对土建路基、桥梁限界及隧道净空要求较高。综上所述，推荐采用直流供电制式。
2、智能牵引供电运维系统重点研究与工作方向
2.1重点研究方向
智能牵引供电系统应在以下几个方面进一步深入研究：（1）高压设备POF模型的建立，即如何建立全生命周期内准确的健康状态曲线，目前各类高压设备厂家对此项工作的研究并不充分。（2）未建立大数据分析模型，现有少部分产品仅是将传统简单的数据对比分析模型移植过来，并未针对大数据的特点与优势进行针对性研究。（3）目前城市轨道交通变电所内高压设备在线监测的内容与成熟度有所欠缺，应丰富与完善高压设备在线监测。（4）如何将智能运维信息全方位、可视化的延伸至维修现场的研究还不充分，应对智能运维现场抢修平台进行充分研究。（5）各类子功能系统的最终融合研究。
2.2重点工作方向
根据目前城市轨道交通运营维护智能化系统建设的开展情况，在以下几方面需要改变与完善：（1）系统信息化工作不彻底，需要加快、加强，如数据信息格式统一编码、履历信息电子化等。（2）运维部门不适应运维智能化对管理模式的冲击，更希望维持传统组织及工作模式。（3）传统建设模式不适应智能化系统建设的要求，主要体现在传统模式下系统建设必须按期完工，而智能化系统，特别是在上层系统的建设上，需要更多的与运营人员沟通，互相适应且最终完成定制化。
3、授流制式
3.1接触轨授流方式
目前，接触轨通常采用以下3种悬挂方式：上部、侧部和下部。上述悬挂方式均具有结构简单、施工方便的优点。相比而言：采用上部授流方式时，接触轨的接触面容易附着污垢、冰雪等杂物，使接触轨与列车集电靴之间的过渡电阻增大，对列车受流会产生一定影响；接触轨防护虽具有便于日常检查和维护的优点，但也存在防护不严密、安全性不高的缺点。采用侧部授流方式时，接触轨的接触面不容易附着尘埃、冰雪等杂物，授流质量较好；但同样只能从接触轨顶部和线路外侧对接触轨进行防护，防护不够严密、安全性差。
采用下部授流方式时，接触轨系统受外界环境影响小，授流质量好；接触轨防护更为严密，有利于防止人员接触接触轨带电部分，安全性好；列车集电靴的上抬力有助于提高授流质量，或在挠度许可范围内增大接触轨支架的间距、减少支架数量、节省投资。虽然接触轨的巡视需配置专用工具，接触轨的日常检修和维护需打开防护罩，但由于接触轨是刚性固定，无须经常维护，而且防护罩是依靠自身弹性固定，拆卸方便，因此，检修和维护工作量增加不多。由于人身安全问题极其重要，因此，国内城市地铁均采用下部授流方式。接触轨系统一般具有重量轻、电阻率低、防腐性能好等优点，不仅便于工程施工，而且可减小电能损耗、节省运营成本。
3.2架空接触网授流方式
（1）柔性架空接触网接触悬挂的接触线采用高导电率的铜或铜合金制成，可以采用腕臂或横跨结构。（2）刚性架空接触网相对于柔性架空接触网，刚性架空接触网具有结构简单、可靠性高、维修周期长等优点。综上，若采用DC3000V制式，结合国内外相关工程实践经验，宜采用架空接触网供电；若采用DC1500V或DC750V制式，建议采用接触轨供电。
4、城市轨道交通牵引供电技术的发展
4.1再生制动与储能吸收装置
在直流制动系统中，制动电阻再生引起的能量不能使电网因直流母线而反转。为此目的，供水管道库的设计主要用作临时储能。翻新能源主要提供两种备选方案:地面补偿器类似于车辆存储设备，作为制动过程中可以有效节约的车辆节能实例，以加快启动阶段，增加节能，减少停电对电网的影响。
4.2同时磁牵引系统
现代的永磁同步保护系统在拖拉机系统中提供了更多的应用要求。1)通过使用可避免典型异步电动机中激励因素的永久场，同时可将电机铜铁消耗降低10%，从而提高节能效率。2)功率密度的优点在于牵引系统中的永磁电机可以通过省略电磁阀而变小，这通常会导致减少20-30%，从而可能导致功率密度提高和旋转机构。永磁同步电机是在低噪音、清晰的完整设计中产生的。
4.3超薄设计
在城市轨道交通中，较高的功率密度可以大大降低发动机的能耗，这可以通过简单的设计来实现。列车电源系统还配备了机动车辆中的设备，是货车的一部分，通过方便地设计车辆的电源，可以节约能源。1)射频辐射可以通过使用更先进的功率设备或通过更换传感器单元(如正常容量、电压等)来简化，从而减少设备的装配并简化设计。2)钢箱的轻量化设计往往较大，而传统钢结构则由铝合金外壳组成，不仅耐腐蚀，而且重量轻。
4.4新型半导体元件的应用
近年来，传统有机硅材料制成的半导体在性能开发方面取得了最高性能要求，安装空间有限，SiC材料被认为是半导体领域的革命性创新，与硅胶材料相比，在开关速度方面具有明显优势，设备本身也较弱，运行条件更能承受，更好地处理普通设备的断电问题。能够实现更高的开关频率，改善电力转换，简化总体结构，降低设备冷却的冷却要求，并与拖拉机牵引系统相结合，保证铁路运输供电的可靠性和经济性。
结束语
综上所述，牵引供电系统在轨道交通中发挥重要支撑性作用，无论是直流还是交流牵引供电系统均要保证设计合理性，从变电站规划、接触网建设到供电保护装置等，全方位地做好牵引供电系统的安全保障工作。
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