城市軌道交通供電系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題探討

王 鵬/新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

城市軌道交通供電系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題探討

王 鵬/新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

城市的建設(shè)腳步加快，公共交通發(fā)展迅速，城市軌道交通作為便捷、快速的交通方式已逐漸成為城市交通的重要組成。在城市軌道交通中供電系統(tǒng)是維持軌道交通正常運(yùn)行的關(guān)鍵，供電系統(tǒng)包括兩大部分，一是由城市電網(wǎng)引入的電源，二是軌道交通的內(nèi)部供電系統(tǒng)即主變電所、牽引供電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和雜散電流防護(hù)及接地系統(tǒng)等。文章就當(dāng)前軌道交通發(fā)展情況，以及供電系統(tǒng)的供電方式選擇、供電制式、雜散電流防護(hù)這幾個(gè)要點(diǎn)展開討論，以期為優(yōu)化軌道交通建設(shè)提供參考。

城市；軌道交通；供電系統(tǒng)

前言

我國(guó)的城市化進(jìn)程在不斷加快，城市建設(shè)日新月異，人們對(duì)于城市交通的需求也越來(lái)越大，城市軌道交通的出現(xiàn)緩解了地面交通壓力，對(duì)我們的生活具有十分積極的意義。在城市軌道交通系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是軌道交通的基礎(chǔ)與重心，深入探討供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，抓住關(guān)鍵問(wèn)題，才能更好的優(yōu)化軌道交通建設(shè)，為交通事業(yè)發(fā)展獻(xiàn)力。

1.城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)城市軌道交通建設(shè)起步晚，但是近十幾年的發(fā)展十分迅速，2000年我國(guó)只有北京、上海、廣州三個(gè)城市有軌道交通線路，到2014年開通了軌道交通的城市已經(jīng)上升至22個(gè)，我國(guó)大陸建成并通車的軌道線路合計(jì)已超過(guò)1700km，未來(lái)三年我國(guó)城市軌道交通建設(shè)將會(huì)達(dá)到高峰，預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)會(huì)有將近50個(gè)大、中城市擁有城市軌道交通，總里程超過(guò)7000 km，更多的現(xiàn)代化大都市將不斷地加入到城市軌道建設(shè)中來(lái)，我國(guó)軌道交通行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)跨越式的發(fā)展新時(shí)期，而我國(guó)也將成為世界上最大的城市軌道交通市場(chǎng)。

2.城市軌道交通供電方式的選擇

2.1 供電方式的分類

城市軌道交通呈網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)展格局，供電方式不可能簡(jiǎn)單的為一種固定模式，城市軌道交通的供電系統(tǒng)由城市電網(wǎng)引入電源，根據(jù)不同城市的交通布局規(guī)劃和電網(wǎng)構(gòu)成特征來(lái)具體確定，電源方面要考慮的內(nèi)容包括電壓等級(jí)、接入電源點(diǎn)分布、電源容量、電網(wǎng)管理等，一般情況下，供電方式可以分為集中式供電、分散式供電、混合式供電三種。

2.1.1 集中式供電：此方式是在軌道沿線均衡設(shè)置供電專用的變電所，變電所從城市電網(wǎng)引入電源，主變壓器采用110kv/35kv電壓等級(jí)，建立起獨(dú)立的軌道交通供電體系，而不對(duì)附近居民供電。集中供電穩(wěn)定可靠，不受其他負(fù)荷影響，維修管理便捷，但是集中供電的投資較高，在廣州、上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用較多。

2.1.2 分散式供電：分散式供電不需要建立專門的變電所，電源從城市電網(wǎng)就近處引入，此方式能極大降低資金投入，但是分散式供電的獨(dú)立性差，不僅要給軌道交通運(yùn)行提供電能，還要負(fù)責(zé)附近的居民用電，容易受到城市電網(wǎng)負(fù)荷的影響，供電質(zhì)量無(wú)法保證；另外因?yàn)楣╇妬?lái)源分散，不利于統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)管理，對(duì)供電系統(tǒng)效益有不良影響。

2.1.3 混合式供電：混合式供電即聯(lián)合上述兩種供電方式，以集中供電為主，分散供電為輔，因?yàn)樵诩泄╇姷倪^(guò)程中，中壓網(wǎng)絡(luò)末端與主變電所之間的距離較遠(yuǎn)，末端會(huì)產(chǎn)生較大的電壓損失，為了保障供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求電壓損失控制在額定電壓的5％以下，如果中壓網(wǎng)末端電壓損失難以滿足供電要求，就需要從附近電網(wǎng)引入中壓電源以輔助供電?；旌鲜焦╇姷耐顿Y適中，并且能夠滿足供電的穩(wěn)定與可靠的需求，所以應(yīng)用比較廣泛。

2.2 供電方式的選用原則：要與城市電網(wǎng)供電情況相匹配；要考慮城市整體軌道交通規(guī)劃方向；供電方式應(yīng)當(dāng)安全可靠；供電方式要經(jīng)濟(jì)靈活。

3.城市軌道交通的供電制式

城市軌道交通相對(duì)于城際列車來(lái)說(shuō)站點(diǎn)的間距短，周邊空間小，絕緣的安全距離小，因此對(duì)供電電壓的要求不是很高，城市軌道交通的供電電壓等級(jí)多集中在550～1500V之間，我國(guó)規(guī)定采用750V和1500V兩種，并且均采用直流供電制式，直流傳輸線路不產(chǎn)生電抗壓降，在電壓等級(jí)相同的情況下，電壓損失方面優(yōu)于交流電，且建造接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在我國(guó)牽引網(wǎng)饋電方式分為架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種基本類型，一般750V采用第三軌饋電方式，1500V采用架空接觸網(wǎng)饋電方式。

供電制式的選用原則：①要滿足客流量的需求，一般城市軌道交通的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為預(yù)期的乘坐旅客的客流量，一般大運(yùn)量的城市多采用1500V電壓，架空接觸網(wǎng)饋電，中小運(yùn)量的城市多選擇750V電壓和接觸軌饋電方式；②供電一定要安全可靠；③根據(jù)實(shí)地情況選擇合適的牽引網(wǎng)，選擇使用壽命長(zhǎng)的牽引網(wǎng)，以減少后期維護(hù)，節(jié)約成本；④牽引網(wǎng)的選擇要便于安裝以及后期的事故搶修和維護(hù)。

4.雜散電流的產(chǎn)生及防護(hù)

4.1 雜散電流的產(chǎn)生機(jī)理

城市軌道直流牽引供電系統(tǒng)多采用走行軌作為回流通路，但是由于走行軌和道床之間不可能完全絕緣，因此回流電流并不是全部從走行軌返回，會(huì)有一部分流入道床和隧道結(jié)構(gòu)，從而形成雜散電流。

4.2 雜散電流的危害

如果在鋼軌的附近埋設(shè)有管道或者其他的金屬結(jié)構(gòu)，當(dāng)走行軌回流時(shí)，雜散電流就會(huì)通過(guò)金屬的導(dǎo)電性而流通至金屬構(gòu)件，從而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。如果長(zhǎng)時(shí)間的承受電化學(xué)腐蝕，鋼軌和埋地金屬結(jié)構(gòu)都會(huì)受到嚴(yán)重的損壞，對(duì)走行軌的安全穩(wěn)定以及周邊埋地管線都會(huì)造成很大的不良影響。

4.3 雜散電流的防護(hù)措施

雜散電流的防護(hù)主要有兩種措施，前期控和后期排，雜散電流的主要影響因素有牽引電流、機(jī)車到牽引變電所之間的距離和走行軌的縱向電阻以及對(duì)地過(guò)渡電阻等，首先要從根源上杜絕雜散電流的產(chǎn)生。對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施有：雜散電流的大小與牽引點(diǎn)變所距離的平方成正比，因此要合理設(shè)置牽引變電所的位置；牽引網(wǎng)采用雙邊供電方式，雜散電流能減少致單邊供電方式的四分之一；加強(qiáng)走行軌的對(duì)地絕緣水平，使用絕緣扣件、絕緣墊等阻截雜散電流；雜散電流的大小與牽引網(wǎng)回流通路電阻的大小成正比，因此要保持鋼軌回流通路的順暢；加強(qiáng)日常維護(hù)工作，保證雜散電流的防護(hù)措施能長(zhǎng)效持久。

4.4 雜散電流的監(jiān)測(cè)

雜散電流腐燭防護(hù)系統(tǒng)建立之后，可以把雜散電流限制在一定的范圍之內(nèi)，但隨著運(yùn)營(yíng)年代的增加，絕緣系統(tǒng)不斷老化，性能逐漸降低，鋼軌的泄漏阻抗會(huì)逐漸變小，產(chǎn)生的雜散電流也將逐年增加。所以必須設(shè)置完備的雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視雜散電流對(duì)軌道主體結(jié)構(gòu)鋼筋和設(shè)備的腐蝕情況，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施。雜散電流監(jiān)測(cè)可釆用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方式，分布式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由參比電極、道床收集網(wǎng)測(cè)試端子、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋測(cè)試端子、傳感器、監(jiān)測(cè)裝置、測(cè)試電纜及雜散電流綜合測(cè)試裝置構(gòu)成。在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將參比電極端子和測(cè)試端子接至傳感器，將該車站區(qū)段內(nèi)的上下行傳感器通過(guò)測(cè)試電纜連接到位于牽引所內(nèi)的監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)送到車輛段的雜散電流綜合監(jiān)測(cè)裝置，雜散電流綜合監(jiān)測(cè)裝置和工業(yè)控制機(jī)相連，工業(yè)控制機(jī)和打印機(jī)組成的微機(jī)管理系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存在電腦硬盤內(nèi)，同時(shí)可以對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、車站結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位，同時(shí)還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌電位、鋼軌泄漏阻抗及鋼軌縱向電阻。

5.結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通對(duì)于我們的城市發(fā)展和日常生活有著非常重要的意義和作用，也是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，城市軌道交通的供電系統(tǒng)作為軌道運(yùn)行的基礎(chǔ)，需要有科學(xué)合理的、滿足城市交通運(yùn)行需要的供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，因此我們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)的研究和探討，為優(yōu)化城市交通做好準(zhǔn)備工作，更好的推進(jìn)交通事業(yè)的建設(shè)發(fā)展。

[1]王小峰.城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J].電氣化鐵道,2010(4) .

[2]趙大偉.城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波分析及抑制方法初探[J].軌道交通裝備與技術(shù), 2015(4).