贾宁
天津路安工程咨询有限公司
摘要：伴随着经济发展和各个领域的多样化趋势，在我国交通出行行业发展也进入了快车道。轨道交通成为城市基础建设中关键构成部分，更要超速发展。地铁牵引供电系统能够为地铁提供牵引用电，而直流馈线保护系统可以保护供电系统的正常运行，是地铁牵引供电系统的关键部位，在城市地铁运行领域对直流馈线保护系统的研究和完善，对地铁牵引供电系统的运行有着重要的作用，有助于城市轨道交通减少故障，运行顺畅。本文从城市轨道交通直流牵引供电系统和有关技术性为切入点，开展科学研究分析，与同行商议讨论，以达到共同提高，服务城市轨道交通事业。
关键词：城市轨道；牵引供电：运行分析
轨道交通系统的平稳运行离不了一个可靠的电力供电系统，供电系统已经成为城市轨道交通运行的保障。轨道交通的电力供电分成两部分，一部分是城市电网，城市电网向轨道交通系统提供的电源电压等级较高，并不能直接提供给车辆。另一部分是轨道交通的内部电力电源，内部电力电源承担将城市电网中高电压整流为适合轨道交通车辆本身运行的电力电压。在城市电网中，轨道交通的供电系统通常不会直接单独建设电厂，只是从城市电网中获得电能，所有能够把城市轨道交通当作城市电网的一个用户。?
1、地铁站牵引供电系统分析
1.1地铁站的供电系统定义?
地铁站的供电系统能够分成外界供电系统和内部供电系统。外界供电系统即地铁站的一次交流高压电力系统，根据主变电站联接城市电网，可选用集中型、分散型和混合式三种方法供电。地铁站的内部供电系统则包括牵引供电系统及动力照明系统。其中，牵引供电系统是地铁站供电系统的关键，由牵引变电站和接触网构成，用以牵引地铁站电力机车供电；动力照明系统承担区段、地铁站内的各种照明灯具设备和机电设备、通讯设备及自动化机械。
当今，我国城市地铁站大多数选用110/35kV的二级工作电压集中化供电系统方法。这类供电系统方法关键由外界电力电源、主变电站、高压双回路、牵引变电站和降压变电站组成。每一个主变电站从城市电网引进2路110kV电力电源，降压至地铁站需要的35kV中压系统，随后根据中压双回路向牵引变电站和降压变电站供电系统。中压双回路选用系统分区供电系统，许多个邻近的牵引变电站根据并联的方法组成一个供电系统分区。主变电站向每一个供电系统分区的一个变电站供电，系统分区的变电站则根据并联的方法得到电力电源。每个牵引变电站中间根据沟通交流电缆线联接，组成了地铁站的集中化供电系统。
1.2直流馈线保护技术的配置原则及主要影响因素
牵引供电系统内的直流电系统异常有短路故障、过负载故障、过电压常见故障等，最普遍、危害较大的是短路故障，短路故障产生与短路故障点的部位和短路故障的特性有密切的关联。直流电短路故障系统保护设备要确保在系统产生短路故障时能够迅速而且有选择断开故障线路，尽可能地确保在可靠安全供电系统的前提条件下，配备务求简约，防止配备太多，增加保护难度，也增加工程投资费用。
1.3供电系统方法
有别于高铁动车，城市轨道交通的供电系统绝大多数选用直流供电系统，内外电力电源中间高低电压的变换离不了变电站设备，一般轨道交通系统从城市电网获得电力以后，历经变电站一系列的降压，将电网配电设备工作电压由220kV降至35kV以配对直流电牵引变电站。轨道交通一般在城市内或城市与城郊中间基本建设，因而，城市电网供电系统电力电源的设计方案必须融合轨道交通的项目投资费用预算、施工条件、工程项目计划方案及其运行方法开展综合性考虑。依据用电特性的不一样，轨道交通供电系统可分成牵引车辆运行的牵引供电系统及动力照明供电系统。牵引供电系统关键由牵引变电站构成，变电站将三相髙压交流电转化成低压直流电，再将直流电输送至接触网上。接触网分成柔性悬挂接触网和刚性悬挂接触网两种，车辆根据受电弓与接触网的直接接触得到电能。牵引变电站一般配备有两个整流器发电机组，设计方案时要充分考虑中后期经营时列车的运输量，避免引起过负荷问题。
2、城市轨道交通直流牵引供电系统技术分析
2.1地铁站供电系统谐波电流和无功功率的环境整治
由于地铁站供电系统的谐波电流更具危害性，环境整治应遵照以抑止谐波电流为主导，无功补偿为辅的标准。现阶段在我国地铁站供电系统的谐波电流无功功率整治关键选用在地铁站降压变电站0.4kV侧设定移动式无功功率补偿设备，即无源滤波器。无源滤波器通过对电感、电阻和电容的组合设计构成LC滤波电路，能够滤掉系统中特殊的高次谐波，另外它在与无功功率负荷串联应用的全过程中还具有无功功率补偿的功效。针对地铁站供电系统，白天和夜间的用电量区别很大。系统的无功负荷转变时，无源滤波器电路没法完成动态补偿，并且一种参数只能补偿特定次数的谐波，当供电系统特性阻抗产生变化时扔有可能引起串联谐振，针对操纵供电系统的总功率因素实际效果也并不大。在实际运行中，仅用无源滤波器无法满足国家规范的要求。有源滤波器可以并联在变电所0.4kV侧母线处，实现谐波与无功的综合治理作用。
2.2光伏电站接入方式
地铁站牵引供电系统主要有两种负荷：地铁列车负载的直流电负荷与地铁站内的交流电负荷，故有三个部位可做为光伏发电发电系统的连接点，从而完成光伏发电輸出的直流电源经并网逆变器到符合规定的交流电变换。其中，沟通交流侧存有2个连接点：AC35kV（连接点1）与AC400V（连接点2）。无论连接点如何选择，针对选用集中化供电系统的地铁站牵引供电系统，光伏电发电站造成的电磁能均未立即连接城市电网，防止了光伏发电站电能与电网中间的互相影响。在交流并网方法下，光伏电发电站工作中，其动能管理模式比较简单，若有电能产生，且达到并网标准就可以向环网輸出，而且可立即运用有关行业现有的一些科研成果。
光伏电发电连接沟通交流侧用以车站照明、列车内部用电等方案。光伏电发电站輸出的电磁能是直流电，理论上根据DC/DCSPWM变压后可立即连接地铁站交流电铁路接触网DC1500V（连接点3），直流电牵引供电系统中不会有无功功率、负序等电能质量问题，因而立即连接交流电牵引供电网，谐波电流环境污染危害小，且电能质量较高，运行中不用附加占有牵引配电站整流器设备的容积。根据对轨道交通一条典型性输电线路的科学研究，验证了将光伏电发电系统应用于直流电方式下城市轨道交通的可能性，并比较了光伏连接直流电和交流二种方式在控制方法上的区别。
2.3定时过电流保护
定时过电流量维护关键具有保证供电系统线路中小型电流量常见故障能够被立即消除的作用，消除常见故障时有一定的延时，因而制订整定值时有正负区别。定时过电流量维护是电流增量维护和电流上升幅度维护的后备措施，动作時间要控制在几十秒以内，在切除常见故障时具备一定的延时性，能够在交流电同轴电缆短路容量值超出事先设置的较大电流，可以在直流馈线短路电流值超过预先设定的最大电流值，设置较大电流值，能够各自反向设置电流值，地铁站运行全过程中，变电所内直流馈线被用于直流供电时，路线产生常见故障，反方向电流量通过直流馈线断路器，可以检验并消除故障。
2.4电流增量保护与电流上升率保护
与电流量上升幅度维护电流量增加量维护与电流量上升幅度维护是直流馈线维护技术性中的关键对策，在产生故障时，能够接近端短路电流切断，还可以保证大电流量脱扣维护，短路故障摘除可以合理防止电源电路中电流量上升幅度维护的影响问题。延时跳闸主要用于远端短路电流识别和调查。智能控制系统在正常工作上通过保护设备，实时监测电流上升幅度，在明确的時间内被保护锁住，则电流量上升幅度维护进到延时环节，电流量上升幅度自始至终比保护预设值高，在运行维护时，电流量上升幅度部位在预设值维护范围内，对电流增加量进行计算，电流上升幅度自始至终高于保护设定值，电流上升率始终高于保护设定的，电流总量也高于保护设定值，此时电流增量实施保护动作。
地铁牵引供电系统是一个动态交互的复杂系统，由于机车行驶过程中在起动、加速、惰行、制动等工况间频繁地转换，导致直流接触网电压波动程度非常剧烈。因此，直流侧并网方式必须满足机车不断变化的牵引网负荷运行的要求。地铁牵引供电系统的直流馈线保护技术的质量直接影响地铁运行的稳定性，对于地铁牵引供电系统，加强保护措施具有非常重要的意义，进一步完善直流馈线保护技术，可以有效保证地铁稳定供电，对地铁牵引供电系统的顺利运行有重要作用。
3、结语
地铁站牵引供电系统是一个动态互动的复杂系统，因为电力列车行车全过程中在启动、加快、惰行、制动系统等工作状况间经常地变换，造成直流电接触网波动程度十分地剧烈。因而，直流电侧并网方法务必达到牵引网负载运行的规定要求。地铁站牵引供电系统的直流馈线保护技术性的质量直接影响地铁站运行的可靠性与稳定性，针对地铁站牵引供电系统，加强保障措施具有十分关键的意义，进一步完善直流馈线保护技术，可以有效保证地铁稳定供电，对地铁牵引供电系统的顺利运行具有重要作用。