城市轨道交通牵引供电及电力技术分析钟富鸿--中国期刊网

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城市轨道交通牵引供电及电力技术分析钟富鸿

发表时间：2021/5/18 来源：《基层建设》2020年第35期作者：钟富鸿

[导读] 摘要：所谓牵引供电，是指电气化轨道交通引入的电源，通过牵引和变电所向电力机车供电。

        广东城际铁路运营有限公司 510000
        摘要：所谓牵引供电，是指电气化轨道交通引入的电源，通过牵引和变电所向电力机车供电。目前，电气化轨道交通在中国无疑是轨道交通发展的主要部分，而所有的这些发展不能从电力牵引供电系统的使用分离。但是牵引供电会使电力系统单次负荷，产生大负荷的负序电流和电压，给供电系统带来不良影响。因此，在施工过程中，要严格控制质量，采取各种措施，提高质量，减少不良影响。
        关键词：城市轨道；电力牵引供电；电力技术；分析
        1、引言
        供电系统是城市轨道交通的动力源泉，负责线路电能的供应和传输，关系到整个城市轨道交通运行的质量和效率。随着城市轨道交通网络越来越发达，运营线路越来越长，对城市轨道交通供电系统可靠性提出了更高的要求，因此研究并探讨其供电系统结构及电力技术分析就具有重要的现实意义。
        2、城市轨道交通供电系统的分析
        城市轨道交通直流供电系统。随着直流供电技术的不断进步，直流供电技术在城市供电中的应用不断增加，为城市人民的生产和生活提供稳定的直流电。在地铁变电站、牵引网、接触网的运行过程中，多采用1500V的直流供电方式。由于城市轨道交通的特殊性，为保证受电稳定性，其采用的是双边供电模式，在一边出现供电故障时，另一边也可以稳定支援供电，保证城市轨道交通的正常运行，降低城市交通故障发生的概率。此外，还会采用直流牵引的方式，对直流供电网络进行保护，通过借助杂散电流保护法，对电能进行更加合理的分配，保证各种电器单元都能正常工作，保证远距离供电的正常运行，不会由于线路故障发生事故。此外，通过有效改变供电的模式，还可以起到缩短供电距离的作用，降低在供电过程中的各种资源损耗。
        交流供电系统。同直流供电系统不同，交流供电系统多采用的是单向连接的形式。需要将两台变压器安装到变电站内，使用双向绕组进行单项变压。通过这种搭建方式，可以让整个结构呈现三角形，低压端口一侧直接接地，对高压端口直接接入电网，其他端口和牵引母线直接进行连接。在城市轨道牵引供电系统的建设过程中，应该将降压系统设置在供电系统的终端，这样才能为供电系统的正常运行，提供有效的保障，对照明线路进行更好的保护。为了保证供电系统可以更加稳定工作，供电系统的设备应该具有较强的耐磨性，可以有效抵御电网接触瞬间产生的巨大压力。
        3、电源系统供电方式
        城市轨道交通的线路相对较长，供电范围较广，呈线性分布，根据各地城市电网的发达程度以及线路实际情况，大多采用集中式供电、分散式供电和混合式供电3种供电方式。
        3.1 集中式供电
        所谓集中式供电，就是沿着城市轨道交通线路，根据用电容量和线路的长度，建立专用的主降压变电所为整条线路供电的外部供电方式。每座主变电所设立两路独立的AC110kV进线电源，保证供电的可靠性，然后将电压降压为城市轨道交通内部供电系统所需的电压等级（一般为AC35kV或AC10kV）。
        集中式供电有利于城轨交通公司的运营与管理，各变电所由环网供电，可靠性较高。但是需要建立单独的主变电所，并且主变电所需配备2台大功率降压变压器，投资成本较高。集中式供电系统相对独立性较强，自成系统，目前国内外包括上海、广州、南京、香港、德黑兰等地均采用这种供电方式。
        3.2 分散式供电
        所谓分散式供电，就是线路沿线分散从城市中压网络引入多路电源，直接或通过电源开闭所间接地为牵引变电所和降压变电所供电的外部供电方式。分散式供电不需要建立主变电所，投资成本相对较低，但是由于直接从城市电网中压引入，供电质量会被周围居民用电影响，供电质量的稳定性较低，也不方便管理。分散式供电与城市电网关系紧密，运营管理相对复杂，最早应用于北京地铁1、2号线，目前长春轻轨、大连轻轨、北京地铁4、5、9等线均在使用。

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        3.3 混合式供电
        混合式供电是前两种供电方式的结合，以集中式供电为主，个别地段引入城市电网中压作为补充的供电方式。混合式供电是一种介于集中式供电和分散式供电之间的组合供电方式，根据城市电网现状和未来规划以及城市轨道交通供电系统的需要，吸收了前两种供电方式的各自优点，供电方案更为灵活，供电质量较为可靠。
        目前武汉轨道交通一期工程采用了以集中式供电为主的混合式供电方案，北京地铁10号线二期工程采用的是以分散式为主的混合式供电方案。无论哪种供电方式都要保证牵引供电系统和动力照明系统的供电可靠性，各变电所都应有两路独立的电源进线，互为备用。
        4、城市交通牵引系统的电力技术分析
        牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流網。
        架空接触网分为柔性接触网和刚性接触网两种形式。
        柔性接触网。分为简单悬挂和链型悬挂两种，简单悬挂这种供电网络的结构比较简单，只有单接触线，没有承力索，所有支撑点的负荷较低，在无轨电车轨道交通中，经常被使用。在该供电系统实际使用的过程中，其主要存在的问题是悬挂点中存在硬点，且跨度较小，可以有效避免其实际使用过程中产生上下震荡的现象，不适合在高铁线路中进行应用。链性悬挂主要采用的是悬索对承力线和导线进行连接，有效避免了悬挂中硬点和跨度小等问题，比较适合在长距离和快速轨道交通工程中进行使用。
        刚性接触网。通过车站牵引变电所直流开关柜将电能馈至隔离开关，再通过变电所综合监控控制隔离开关分合闸给接触网停、送电工作。刚性接触网悬挂组成为汇流排+接触线+架空地线。刚性接触网的主要控制点是拉出值和导高，其直接影响列车受电的稳定性。电客车通过受电弓与刚性接触网接触线接触取电运行。并通过钢轨负极回流至变电所负极柜，形成一个回流系统。
        在目前国内城市轨道交通中地下区间使用最广泛的为刚性接触网，刚性接触网具有结构简单，维护方便，可靠性高，不会出现柔性接触网断线后引起的列车停运等特大事故。
        在直流牵引系统中应用绝缘技术。在当前城市轨道交通的实际运行过程中，对于供电系统的绝缘保护工作非常重要，在牵引直流供电系统的运行中，存在着比较严重的迷流问题。为了有效对该问题进行解决，可以对牵引直流供电系统的直流负极和正极设置绝缘保护系统。如果系统的直流负极进行了接地处理，就会让直流电源的负极产生迷流回路的概率增加，对整个城市轨道交通系统的运行，都会产生比较负面的影响。
        对牵引供电系统的电缆采用分段供电和保护技术。在实际城市轨道交通的运行过程中，很多供电线路在没有机车运行的状态下，依然会进行供电，这会导致大量电能的白白消耗。为了有效解决这个问题，可以采用牵引网络分断供电技术，根据机车行驶的位置，选择是否对该段线路进行供电，在机车经过时，对线路进行供电，在机车没有经过时，选择对线路进行断电处理，能够有效避免造成电能的浪费，提高对电能的利用率。此外，在当前牵引供电系统的运行过程中，通常会使用1500V的直流电压对牵引电网进行供电，在少数情况下会使用750V的供电电压[2]。为此，可以将牵引电网的上下两条线路作为支撑，将两条线路进行有效的并联。此外，还应该做好对变压器的统一管理，对区间中的线路进行分断电能传送，有效对线路进行分段保护，有效降低各种故障发生的概率。
        5、结语
        城市轨道交通为人们提供便利的同时，也提出了如何完善城市轨道交通供电系统，如何保证供电系统高效、安全、稳定的运行等难题。该文对城市轨道交通供电系统进行了详细的介绍，并且就供电系统中的关键电力技术进行了分析，这对于城市轨道交通供电系统的改进和优化有着重要的意义，也值得人们对其展开更为深入细致的研究。
        参考文献：
        [1]刘源，程冲.浅析城市轨道交通供电系统的供电方式[J].中国科技投资，2019
        [2]罗益.城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J].科技经济导刊，2020