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试论城市轨道交通牵引供电及电力技术应用

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：尹源

[导读] 摘要：我国在城市现代化建设上的不断加快，城市轨道交通成为了城市交通中的主力军，为人们提供了更加便利的出行，而且还拥有非常高的出行效率。

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        摘要：我国在城市现代化建设上的不断加快，城市轨道交通成为了城市交通中的主力军，为人们提供了更加便利的出行，而且还拥有非常高的出行效率。正因为城市轨道交通本身所具有的特点，促使其成为了城市发展过程中的宠儿，很多城市都有建设轨道交通的计划。但是，城市轨道交通运行过程中需要牵引供电及电力技术提供技术支持，本文就针对此方面内容进行分析，通过文章的分析对相关技术有一定的了解，促使相关工作人员进行深入研究，以便获得更为先进的技术。
        关键词：城市轨道交通；牵引供电系统；电力技术应用分析
        引言
        在城市轨道交通牵引供电系统发展来看，其主要能分为两种基本组成类型，分别是交流牵引供电和直流牵引供电。在社会发展新时期，我国多项技术全面发展，直流与交流牵引供电模式开始进行融合，形成整体运行效率较强、应用性能较高的双制式供电系统，对城市轨道交通电动机车、地铁、轻轨等进行稳定供电。在城市轨道交通的背景下，相应的牵引供电技术应当配合轨道交通的建设规模和建设要求进行设计和建设。在具体的规划建设过程中，需要应用到不同类型的电力技术，只有采取正确的方法实现技术应用，才能取得预期的牵引供电系统建设效果。
        一、城市轨道交通现状
        城市轨道交通并非人们所认为的地铁，而且还包括了轻轨及公交车。世界上最早的轨道交通出现在英国，是在1850年代所建设的大都会铁路，一共花费了九年的时间，并于1863年投入运营。该轨道交通的动力来源为蒸汽机，用作轨道交通的牵引力，并在之后不断发展过程中动力来源发生了转变，如今是使用电能作为动力来源。如今，在世界经济不断发展过程中，由于人口数量不断增多，越来越多的人从农村涌入到城市当中，导致严重的交通拥堵问题，很多发达国家开始重视发展轨道交通，以便缓解城市中的交通压力。根据现阶段实际情况来看，世界上轨道交通里程数最长的三个国家为中、美、韩，而我国上海与北京是城市轨道交通最为发达的两个城市，而且其他城市也在加强城市轨道交通建设，为排解城市交通压力做出了重要贡献。
        二、城市轨道交通牵引供电系统分析
        对于城市轨道交通牵引供电系统来说，主要分两种类型，一种是交流牵引供电，另一种是直流牵引供电。随着时代的发展，相关交通领域的专家为能促进交通行业的发展，就将交流牵引供电模式和直流牵引供电模式结合起来形成一种性能较高、工作效率较强的双制式供电系统，有效服务于城市轨道交通中的地铁、轻轨、电动机车的供电。而且对于城市交通牵引供电及供电技术的研究，能有效解决整个轨道交通的安全性问题，为广大市民的交通出行安全提供一定保障，不仅能促进城市交通运输行业的发展，还有助于维持社会秩序的稳定性。
        2.1城市轨道交通牵引直流供电系统
        就我国目前供电方式来说，大部分的城市为保障为人们的日常工作生活提供稳定的电流和电压，都会在城市的变电站、牵引网、接触网的安置和运行过程中，采取1500V直流电的供电方式。而双轨道交通牵引作为一种对用电需求更高的城市轨道交通方式，需在实际运行过程中采取两边都供电的模式，这一模式的采用是为防止当一边的供电系统出现故障时，另一边的供电系统能接替进行工作，从而保障城市轨道交通的正常运行，不会造成城市交通故障，对使用者也是一种保障。此外还会辅助以直流牵引供电网的保护，借助杂散电流的保护方法，将使用的电能、电压等均匀地分配到每一个运输网络，从而保证每一个用电器都能保持正常的工作，而且对于长距离的运输线路来说，也具有一定的保障作用，不会因线路过长而出现故障。另外城市轨道交通的自身变电模式的应用，会缩短供电的距离，从而增加工程的经济资源损耗，这也说明这种直流制的牵引供电系统不适合在大面的城市轨道交通中进行建设。
        2.2城市轨道交通牵引交流供电系统
        与城市轨道交通牵引直流供电系统不同，城市轨道交通牵引交流供电系统在搭建中使用的是单向连接的方式。将两台变压器同时安装在变电站内，并使用双绕组的单项变压。这样的搭建方式能使整个结构呈现出开口的三角形。低压端口位于接地一侧，高压端口在电网接入端，其他的端口则要与牵引母线进行连接。在进行城市轨道交通牵引交流供电系统的建设中，降压系统要设置在供电系统的终端以及线路的区间，这样设置能为城市轨道交通牵引交流供电系统的正常运行提供保障，尤其是对于线路中的照明系统的工作进行更好保护。城市轨道交通牵引交流供电系统系统上的设备要具有较强耐磨性，使供电系统能更好抵御运行中较大的瞬间接触压力。
        三、城市轨道交通牵引供电的电力技术应用分析
        3.1基于接触网的供电网络技术
        接触网是城市轨道交通中较为常见的一种供电网络。通常情况下，接触网中会有导线的一个电极，利用集电装置和金属轮轨完成电流的回流。但也有存在两根导线的情况。如果城市轨道交通建设中使用的是无轨电车这样的胶轮系统，则必须要利用两个集电杆完成取电工作。接触网有两种类型：柔性接触网以及刚性接触网。

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        （1）柔性接触网
        轨道交通供电系统中柔性接触网是较为常见的方式，在布置上主要是以简单悬挂、链形悬挂为主，而且简单悬挂上本身非常便捷，当对其进行处理时常常不需要对承力线进行布置，仅仅只需要对导线进行布置即可，结构十分简单，而且支柱高度也非常低，主要是用在无轨或是轻轨轨道交通的供电系统之中。虽然简单悬挂拥有很多优势，然而却也存在着非常明显的缺陷，主要表现为有悬挂硬点、跨度很小等等，容易出现振荡现象。在链形悬挂上充分利用悬索完成链接，以此来保障导线和承力线链接是有效的，而且拥有速度快、跨度大等优势，弥补了简单悬挂本身所存在的不足。此种方式不仅能够在电气化铁路中得到有效应用，还可以应用于轨道交通中较快的系统之中，以便对牵引供电系统自身的功能加以维护。
        （2）刚性接触网
        在使用刚性接触面时，对于系统运行能够起到更好的效果。刚性接触网在使用时主要是使用硬质金属条，将原本所使用的导线取代，以便拥有更加良好的悬挂效果。根据相关实践表明，在使用刚性接触时拥有非常明显的优势，在一定程度上有效增加了接触面积，大大消除了在原本牵引供电系统的不足。根据我国城市所使用的轨道交通系统整体情况来看，主要是是从下至上，此种转化在使用刚性接触网时具有非常明显的优势，还能够有效实现无缝对接，更不需要进行任何的操作。根据刚性接触网在结构上的设置情况来看，通常使用集电弓方式而用于布置，当其使用时也不会出现脱落问题，使得接触网在使用时变得更加稳定与可靠，一般情况下主要是用于高速轨道交通中。
        3.2基于第三轨的供电技术
        在第三轨当中主要包含以下部分：①接触轨。主要是利用钢铝复合轨，该材料重量相对较轻，拥有良好的耐磨性，高导电率；②接触轨头。根据特性的不同分为正常和温度伸缩两种类型的接头，其中前者应用于导电轨固定铝制鱼尾板，通常为无缝安装，不需要预留温度伸缩缝，在接头和支持点间的距离应当保持在的55cm以内。而后者则会根据轨道温度所发生的变化而变化；③端部弯头。其主要是连接断轨和集电靴；④防爬器。用于对接触轨的限制，体现在膨胀伸缩量等方面；⑤安装底座。该装置的材料主要为绝缘材料，于轨道道床上使用。
        第三轨在使用时因为其本身的材料特性，使得其拥有良好的导电性，而且单位电阻也非常小，所以利用牵引网所产生的电能消耗非常低，不需要在沿线额外对馈电电缆机进行辐射，如此则能够有效节省大量的运营成本。另外，接触轨本身是复合材质，拥有良好的耐磨性等性能，在维护工作上也较为容易，大大降低了维护成本。并且，该装置安装于行走轨附近，不会影响到铁路整体景观。但是，因为第三轨在安装时和地面距离非常近，在人员防护方面难以做到周全，绝缘器件也非常容易受到污染，自然环境下又无法实现自洁，需要对其进行扫，否则将会出现闪络现象，从而对行车产生影响。
        3.3 直流牵引供电系统的绝缘技术
        对于城市轨道交通牵引直流供电系统的绝缘保护是十分重要的，在城市轨道交通牵引直流供电系统运行中，存在着严重的迷流的问题。针对这样的情况，可以将牵引直流供电系统中的直流负极与正极设置其绝缘保护系统。如果将系统中的直流负极进行了接地处理，则会使得直流电源的负极产生迷流回路的概率增加，会对城市轨道交通整个系统的运行都造成一定的影响。
        3.4交流牵引供电系统的电缆牵引网分段供电与保护技术
        在城市轨道交通牵引交流供电系统中安装电缆牵引网，并实施牵引网分段供电能够有效降低传输过程中电能的消耗。通常情况下，会使用1500V的直流电压对牵引网进行供电，极少数的情况下也会使用750V的电压进行供电。牵引网的使用要有上下两条线路为支撑，并要将两条线路并联。要对变压器进行统一的管理，并对于区间中的线路进行分段的电能传送，这样的方式能够对线路进行分段的保护，降低故障情况发生时的影响程度。
        四、结束语
        综上所述，城市轨道交通的建设能加强城市之间的连通性，有助于提升社会工作和生活中各个方面的品质，对城市经济的提升和社会秩序的稳定性加强具有显著的作用。尤其是作为公共交通的地铁和轻轨，不仅能方便人们日常的出行，还提升人们的生活质量和生活水平。因此，针对牵引供电系统的发展来说，注重工作过程中的技术提升，能节省城市轨道交通的建设成本，保证运行的安全性。
        参考文献：
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        [5]2018年世界城市轨道交通运营统计与分析[J].韩宝明，代位，张红健. 都市快轨交通.2019（01）